によってエフェクター転効率を検査するための蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）を適用<em> Q熱リケッチア</em>のsiRNAサイレンシング中
Summary
細菌性病原体とそれらのホスト間の相互作用を調査することは、生物学的研究の重要な領域です。ここでは、BLAM基板を用いたsiRNAの遺伝子サイレンシング中にQ熱リケッチアによってエフェクター転座を測定するために必要な技術を記載しています。
Abstract
Q熱リケッチア 、Q熱の原因物質は、複製ニッチを確立するために、タイプIVドット/ ICM分泌系に依存して細胞内病原体です。エフェクターのコホートは、ホストプロセスを操作し、複製のためのユニークなリソソーム由来の液胞の確立を可能にするために宿主細胞にこのシステム通って移動しています。特定の遺伝子のsiRNAを用いたサイレンシングし、βラクタマーゼ活性に依存するFRETベースの基板を用いて、エフェクター転位の測定：ここで提示された方法は、2つのよく確立された技術の組合せを含みます。これら二つのアプローチを適用すると、我々は、細菌の分泌システム機能およびエフェクター転における宿主因子の役割を理解し始めることができます。本研究では、Rab5AとRab7A、両方のエンドサイトーシス人身売買経路の重要な調節因子の役割を調べました。我々は、エフェクターの減少タンパク質をもたらすいずれかの発現をサイレンシングすることを実証translocation個の効率。これらの方法は、容易にまた分泌系を利用する他の細胞内および細胞外の病原体を検査するように変更することができます。このようにして、細菌のエフェクター転座に関与する宿主因子の全体像を明らかにすることができます。
Introduction
Q熱リケッチアは人獣共通ヒト感染のQ熱の原因となるユニークな細胞内病原体です。この疾患は、多くの場合、暴露1の後に心内膜炎の年として現れる生命を脅かす慢性感染症に無症候性抗体陽転から延びる臨床症状の広いスペクトルに関連しています。ヒトへの感染は、反芻動物感染症、特に、乳牛、羊やヤギのための主要なリザーバと、主に汚染されたエアロゾルの吸入を介して行われます。これらの動物におけるコクシエラ感染は通常、無症候性であるが、感染は流産を引き起こす可能性と出産流体と胎盤内のかなりの細菌負荷は、ローカル環境1を汚染することができます。このような汚染が公衆衛生と農業産業の両方に持つことができる巨大な負担の例は、最近オランダ2で発生したQ熱の流行で観察されました。 2007との間2010年には、Q熱の4,000以上のヒト症例が診断され、この流行はヤギ農場3の重大な汚染に連結されていました。さらに、 コクシエラは厳しい罹患率と死亡率4を引き起こす細菌や必要な低感染量の環境安定性に米国疾病対策予防センター、によって分類され、潜在的な生物兵器です。
コクシエラは、2つの段階に存在する：天然源から単離されたフェーズIの生物は、非常に病原性であり、フェーズIIの生物は非常に生体内で減衰されます。例えば、 コクシエラバーネッティナインマイルフェーズIの生物のいくつかのin vitroで継代した後、フェーズII細菌は切り捨てリポポリサッカライド（LPS）5で得られた不可逆的な染色体欠失を含有する製造されました。この株、C.バーネッティ NMIIは、組織培養モデルにおけるI相に表現型が類似しており、安全なモードを提供します研究室5にコクシエラの病因を研究する研究者のためのリットル。近年では、いくつかのブレークスルーは急速にコクシエラの遺伝学の分野を進めてきました。最も顕著なのは、純粋メディア（酸性クエン酸、システイン媒体- ACCM-2）の開発は、液体と6,7固形培地上の両方でコクシエラの無細胞成長を可能にしました。これは、誘導性遺伝子発現システム、シャトルベクターとランダムトランスポゾンシステムを8月11日を含むコクシエラために利用可能な遺伝子ツールの直接的な改善をもたらしました。最近では、標的遺伝子の不活性化のための2つの方法は、特定の病原性遺伝子の候補12を検査するための道を切り開いて、開発されてきました。
肺胞マクロファージによる内在続いて、 コクシエラは膜結合区画内に高い数字に複製は液胞（CCV）を含むCoxiella-と呼ばれます。 CCVは、エンドサイトーシス人身売買番目のホストが必要ですラフ初期および後期エンドソームはリソソーム由来の細胞小器官13内に成熟するまで。このプロセスを通じて、CCVは、どちらかが一過現れるかを含め、液胞に関連付けられているが、Rab5の、Rab7、CD63およびLAMP-1 13-15、これらに限定されないままと宿主因子を取得します。宿主細胞内でコクシエラのレプリケーションが完全に機能するドット/ ICMタイプIVB分泌系（T4SS）8,16,17に完全に依存しています。この分泌系はancestrally共役システムに関する多タンパク質構造であり、細菌タンパク質を送達するために、両方の細菌および液胞の膜にまたがる、宿主細胞質18に、エフェクターと呼びます。 コクシエラ T4SSは、機能的には十分に特徴付けタイプレジオネラニューモ 19,20のIVBドット/ ICM分泌系に非常に類似しています。 コクシエラが酸性リソソーム由来に達するまで興味深いことに、T4SSとその後のエフェクター転座の活性化は発生しませんオルガネラ、約8時間の感染後17,21。現在までに、130以上のドット/ ICMのエフェクターは9,17,22-24を同定されています。これらのエフェクターの多くは、おそらく宿主細胞内コクシエラの複製中に重要な役割を果たしています。しかし、わずか数エフェクターは機能的に25-29を特徴づけられています。
本研究では、宿主細胞の細胞質（ 図1）内のβラクタマーゼ活性を介して（以下BLAM基板と呼ぶ）CCF2-AM FRET基質の切断に依存する蛍光に基づく転位アッセイを利用します。目的の遺伝子は、構成的発現を提供するレポータープラスミドのTEM-1βラクタマーゼ（BLAM）に融合されます。 BLAM基質はFRET対を形成する2つのフルオロフォア（クマリンおよびフルオレセイン）で構成されています。フルオレセインおよびエフェクター転座の不在下で緑色の蛍光発光のFRETのクマリン結果の励起;しかし、Blaの場合M-エフェクター融合タンパク質が宿主細胞質に転位され、得られたβラクタマーゼ活性切断励起以下の青色蛍光発光を生成するFRETペアを分離BLAM基板のβラクタム環、。この転座アッセイはよくC.含むさまざまな細胞内および細胞外の細菌の範囲からエフェクタータンパク質を同定するためのアプローチとして実証されていますバーネッティ 、L.ニューモ 、L. longbeachae、 トラコーマクラミジア 、腸管病原性E.大腸菌 、 サルモネラ菌およびブルセラ 17,30-35。
コクシエラエフェクター転上の特定の宿主因子の役割を決定するために、我々は、特定の低分子干渉RNA（siRNA）で、RNA干渉として知られている遺伝子サイレンシングのための十分に確立された方法を利用します。もともと線虫（Caenorhabditis elegans）で同定され、RNA干渉は、先天性defeに使用保存された内因性細胞プロセスであり、ウイルスだけでなく、遺伝子調節36,37に対してNSE。配列特異的なsiRNAの結合後、mRNAの分解は、特異的な遺伝子サイレンシングまたはノックダウン38で得られた（RNA誘導サイレンシング複合体）RISCを介して行われます。この研究では、siRNAは、エンドサイトーシス経路の重要な調節因子である2つのホストタンパク質、Rab5AとRab7Aを標的化するために使用しました。エフェクター転上Rab5AとRab7Aサイレンシングの影響は、Cを使用して確認しましたバーネッティ pBlaM-CBU0077。それは以前にコクシエラ 17のドット/ ICMの分泌系によって転位することが示されたようCBU0077を選択しました。
siRNAの遺伝子サイレンシング、ここでは説明fluorescencebased転座アッセイの両方を利用して、我々はコクシエラによってエフェクタータンパク質の転位に宿主因子の役割を確立するために始めています。このアプローチは、類似secretioを有し、両方の細胞内および細胞外の細菌の広い範囲に適用することができますエフェクタータンパク質のトランスロケーションを担当するN個のシステム。
Protocol
Representative Results
Discussion
分泌系、および細菌エフェクタータンパク質の宿主細胞の細胞質へのこれらのシステムの輸送は、多くの病原性細菌は、一意複製ニッチ内感染を確立するために利用する重要な病原性要素です。多くの研究グループの焦点は、細菌のエフェクターおよび宿主タンパク質およびこれらのエフェクターは、宿主細胞経路上に持っている影響力の間の相互作用を調査することでした。非常に限られ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by National Health and Medical Research Council (NHMRC) grants (Grant ID 1062383 and 1063646) awarded to HJN. EAL is supported by an Australian Postgraduate Award.
Materials
| Reagents | |||
| Citric acid | Sigma | C0759 | ACCM-2 medium component |
| Sodium citrate | Sigma | S4641 | ACCM-2 medium component |
| Potassium phosphate | Sigma | 60218 | ACCM-2 medium component |
| Magnesium chloride | Calbiochem | 442611 | ACCM-2 medium component |
| Calcium chloride | Sigma | C5080 | ACCM-2 medium component |
| Iron sulfate | Fisher | S93248 | ACCM-2 medium component |
| Sodium chloride | Sigma | S9625 | ACCM-2 medium component |
| L-cysteine | Sigma | C6852 | ACCM-2 medium component |
| Bacto-neopeptone | BD | 211681 | ACCM-2 medium component |
| Casamino acids | Fisher | BP1424 | ACCM-2 medium component |
| Methyl beta cyclodextrin | Sigma | C4555 | ACCM-2 medium component |
| RPMI + Glutamax | ThermoFisher Scientific | 61870-036 | ACCM-2 medium component |
| Chloramphenicol | Sigma | C0378 | For bacterial culture |
| ON-TARGETplus Non-targeting Control Pool (OTP) | Dharmacon | D-001810-10-05 | Non-targeting control |
| siGENOME Human PLK1 (5347) siRNA – SMARTpool | Dharmacon | M-003290-01-005 | Causes cell death; measure of transfection efficiency |
| siGENOME Human RAB5A (5968) siRNA – SMARTpool | Dharmacon | M-004009-00-0005 | |
| siGENOME Human RAB7A (7879) siRNA – SMARTpool | Dharmacon | M-010388-00-0005 | |
| 5X siRNA buffer | Dharmacon | B-002000-UB-100 | Use sterile RNase-free water to dilute 5X siRNA buffer to 1X siRNA buffer |
| DharmaFECT-1 Transfection Reagent | Dharmacon | T-2001-01 | For transfection |
| Opti-MEM + GlutaMAX | ThermoFisher Scientific | 51985-034 | Reduced-serum medium used for transfection |
| DMEM + GlutaMAX | ThermoFisher Scientific | 10567-014 | For cell culture and infection |
| Heat-inactivated fetal calf serum (FCS) | Thermo Scientific | SH30071.03 | Can use alternate equivalent product |
| DMSO | Sigma | D8418 | For storage of Coxiella strain |
| PBS | For cell culture | ||
| 0.05% Trypsin + EDTA | ThermoFisher Scientific | 25300-054 | For cell culture |
| dH2O | For dilution of samples and standards for qPCR | ||
| Quick-gDNA Mini Prep | ZYMO Research | D3007 | Can use alternate equivalent product to extract gDNA |
| SensiFAST SYBR No-ROX Kit | Bioline | BIO-98020 | Can use alternate equivalent qPCR master mix product for qPCR reaction |
| LiveBLAzer FRET-B/G Loading kit with CCF2-AM | Invitrogen | K1032 | For measurement of translocation using fluorescence and generation of the 6X loading solution (contains Solution A, B, C and DMSO) |
| Sodium hydroxide | Merck | 106469 | Probenicid solution component |
| Sodium phosphate monobasic | Sigma | 71505 | Probenicid solution component |
| di-Sodium hydrogen orthophosphate | Merck | 106586 | Probenicid solution component |
| Probenicid | Sigma | P8761 | Probenicid solution component |
| DRAQ5 Fluorescent Probe Solution (5 mM) | ThermoFisher Scientific | 62251 | Nuclei stain to determine cell viablity. Use 1:4000 diluted in PBS. |
| 4% PFA (paraformaldehyde) solution in PBS | Sigma | P6148 | Fixing solution for HeLa 229 cells |
| 25cm2 tissue culture flask with vented cap | Corning | 430639 | For growth of bacterial strain |
| 96 Well Flat Clear bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates, Individually wrapped, with Lid, Sterile | Corning | 3603 | |
| 75cm2 tissue culture flask with vented cap | Corning | 430641 | For growth of HeLa 229 cells |
| 175cm2 tissue culture flask with vented cap | Corning | 431080 | For growth of HeLa 229 cells |
| Haemocytometer | For quantification of HeLa 229 cells | ||
| Tear-A-Way 96 Well PCR plates | 4titude | 4ti-0750/TA | For qPCR reaction |
| 8-Lid chain, flat | Sarstedt | 65.989.002 | For qPCR reaction |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Bench top microfuge | |||
| Bench top vortex | |||
| Orbital mixer | |||
| Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | For pelleting bacterial culture |
| Nanodrop | For gDNA quantification | ||
| Mx3005P QPCR machine | Aligent Technologies | 401456 | For quantification of Coxiella genomes in 7 day culture |
| ClarioSTAR microplate reader | BMG LabTech | For measurement of fluorescence |
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