Summary

Investigación de la fagocitosis de Leishmania mediante microscopía confocal

Published: July 29, 2021
doi:

Summary

El mecanismo asociado con la fagocitosis en la infección por Leishmania sigue siendo poco conocido. Aquí, describimos métodos para evaluar los eventos tempranos que ocurren durante la interacción de Leishmania con las células huésped.

Abstract

La fagocitosis es un proceso orquestado que implica distintos pasos: reconocimiento, unión e internalización. Los fagocitos profesionales absorben los parásitos Leishmania por fagocitosis, que consiste en reconocer ligandos en las superficies del parásito por múltiples receptores de células huésped. La unión de Leishmania a las membranas de macrófagos ocurre a través del receptor del complemento tipo 1 (CR1) y el receptor del complemento tipo 3 (CR3) y los receptores de reconocimiento de patrones. El lipofosfoglicano (LPG) y la glicoproteína de 63 kDa (gp63) son los principales ligandos implicados en las interacciones macrófago-leishmania . Tras el reconocimiento inicial de los ligandos del parásito por los receptores de la célula huésped, los parásitos se internalizan, sobreviven y se multiplican dentro de las vacuolas parasitóforas. El proceso de maduración de las vacuolas inducidas por Leishmania implica la adquisición de moléculas de vesículas intracelulares, incluidas las proteínas G monoméricas Rab 5 y Rab 7, la proteína de membrana lisosomal asociada 1 (LAMP-1), la proteína de membrana lisosomal asociada 2 (LAMP-2) y la proteína asociada a microtúbulos 1A/1B-cadena ligera 3 (LC3).

Aquí, describimos métodos para evaluar los eventos tempranos que ocurren durante la interacción de Leishmania con las células huésped utilizando microscopía confocal, incluyendo (i) unión (ii) internalización y (iii) maduración del fagosoma. Al agregar al cuerpo de conocimiento que rodea estos determinantes del resultado de la infección, esperamos mejorar la comprensión de la patogénesis de la infección por Leishmania y apoyar la eventual búsqueda de nuevos objetivos quimioterapéuticos.

Introduction

La leishmaniasis es una enfermedad tropical desatendida causada por parásitos protozoarios del género Leishmania, que da lugar a un amplio espectro de manifestaciones clínicas en el huésped vertebrado, incluyendo leishmaniasis cutánea, leishmaniasis mucocutánea y leishmaniasis visceral1. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que más de mil millones de personas están en riesgo, con más de un millón de nuevos casos reportados por año2.

Leishmania spp. son protozoos intracelulares obligados que sobreviven dentro de las células huésped, incluyendo monocitos, macrófagos y células dendríticas3. La interacción Leishmania-macrófagos es un proceso complejo que involucra múltiples receptores de células huésped y ligandos parásitos, ya sea a través de interacción directa o por opsonización que involucra receptores del complemento 4,5. Los receptores de superficie clásicos, como CR1, CR3, manosa-fucosa, fibronectina, toll-like y receptores eliminadores, median la unión del parásito a los macrófagos 6,7,8. Estos receptores reconocen moléculas en la superficie de Leishmania, incluyendo la glicoproteína de 63 kDa (gp63) y el lipofosfoglicano glicolípido (LPG)9. Estas son las moléculas más abundantes en la superficie de los promastigotes y juegan un papel esencial en la subversión de la respuesta inmune del huésped, favoreciendo el establecimiento de la infección parasitaria en células de mamíferos10. Después de que los ligandos de superficie del parásito se unen a los receptores de macrófagos, la actina F se acumula en las superficies celulares de los mamíferos, rodeando a los parásitos a medida que se fagocitan. Posteriormente, esto conduce a la formación de un compartimento inducido por parásitos denominado vacuola parasitófora (PV), que presenta características fagolisosomales11. Una vez dentro de estos fagolisomas, los parásitos sufren varias alteraciones esenciales para la supervivencia y la multiplicación3.

La biogénesis de PVs es un proceso de tráfico de membrana altamente regulado crítico para la supervivencia intracelular de este patógeno12. La formación de este compartimento resulta de eventos de fusión secuencial entre fagosomas y compartimentos de la vía endocítica del huésped. Los estudios clásicos de biología celular han revelado que la maduración de PVs implica la adquisición de proteínas monoméricas G Rab 5 y Rab 7, que se asocian principalmente con la maduración temprana y tardía del endosoma, respectivamente13. Además, estos compartimentos adquieren proteínas de membrana asociadas a lisosomas 1 y 2 (LAMP 1, LAMP 2), los principales constituyentes proteicos de la membrana lisosomal y proteína asociada a microtúbulos 1A/1B-cadena ligera 3 (LC3), un marcador autofagosómico14. A pesar de las similitudes aparentes, la cinética de la formación de PV15,16 y la morfología de estos compartimentos varían dependiendo de las especies de Leishmania. Por ejemplo, la infección causada por L. mexicana o L. amazonensis induce la formación de grandes compartimentos que contienen un gran número de parásitos17. Por el contrario, otras especies, como L. braziliensis y L. infantum, forman vacuolas más pequeñas que normalmente contienen sólo uno o dos parásitos en cada vacuola18.

A pesar de este conocimiento que rodea la interacción entre la célula huésped y Leishmania, los eventos iniciales desencadenados por el contacto entre los receptores del huésped y los ligandos del parásito no se han dilucidado completamente. Se sabe que estos eventos son determinantes del resultado de la infección parasitaria y dependen de las especies de parásitos, el tipo de receptores de células huésped reclutados para reconocer parásitos y la activación de las vías de señalización de macrófagos19,20. Por lo tanto, es esencial identificar las moléculas involucradas en la biogénesis de PV inducidas por Leishmania y determinar el papel (s) desempeñado por estas moléculas en el establecimiento y el resultado de la infección. Aquí, describimos un método para monitorear los eventos tempranos que ocurren durante la fagocitosis de Leishmania, incluida la unión, la internalización, la formación de fagosomas y la maduración. Este trabajo podría ayudar a aclarar la participación de PLC, Akt, Rab5, Rab7 y LC3 en la formación de PVs inducidos por diferentes especies de Leishmania. Es importante destacar que este protocolo se puede utilizar para investigar la participación de otras proteínas involucradas en la maduración fotovoltaica. Los estudios futuros ampliarán el conocimiento sobre los mecanismos involucrados en la interacción Leishmania-célula huésped y contribuirán al diseño de nuevas estrategias quimioterapéuticas.

Protocol

Las células se obtuvieron de donantes sanos tras la aprobación de los procedimientos por parte de los Comités Nacionales de Ética en Investigación (ID: 94648218.8.0000.0040). 1. Cultivos celulares Macrófagos humanos derivados de monocitosNOTA: Para obtener macrófagos derivados de monocitos humanos para la diferenciación in vitro en macrófagos, recolectar sangre de donantes sanos y purificar células mononucleares de sangre periférica (PBMC) como lo describen D….

Representative Results

Este informe tiene como objetivo evaluar los eventos tempranos que ocurren durante la fagocitosis de L. braziliensis aislada de pacientes que presentan L. braziliensis-LCL o L. braziliensis-DL forma de CL. Utilizando microscopía confocal, investigamos los principales eventos asociados con la fagocitosis de los parásitos: unión, internalización y maduración del fagosoma. Primero evaluamos la unión a L. braziliensis-LCL o L. braziliensis-DL y la fagocitosis por macrófagos humanos…

Discussion

La interacción leishmania-macrófagos es un proceso complejo e involucra varios pasos que pueden influir en el desarrollo de la enfermedad5. Para comprender mejor los mecanismos implicados en la interacción de la Leishmania no opsonizada y las células huésped, hemos descrito un protocolo que emplea microscopía de fluorescencia confocal para evaluar la fagocitosis desde las etapas tempranas hasta las últimas de la infección por Leishmania. El uso de técnicas de fl…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos al Instituto Gonçalo Moniz, Fiocruz Bahía, Brasil y al departamento de microscopía por su ayuda. Este trabajo fue apoyado por INOVA-Fiocruz número 79700287000, P.S.T.V. tiene una beca para productividad en investigación del CNPq (305235/2019-2). Los plásmidos fueron amablemente proporcionados por Mauricio Terebiznik, Universidad de Toronto, CA. Los autores desean agradecer a Andris K. Walter por la revisión del idioma inglés y la asistencia en la edición de manuscritos.

Materials

2-mercaptoethanol Thermo Fisher Scientific 21985023
AlexaFluor 488-conjugated goat anti-rabbit IgG Thermo Fisher Scientific Tem varios no site
anti-LC3 antibody Novus Biologicals NB600-1384
Bovine serum albumin (BSA) Thermo Fisher Scientific X
CellStripper Corning 25-056-CI
CellTracker Red (CMTPX) Dye Thermo Fisher Scientific C34552
Centrífuga Thermo Fisher Scientific
Ciprofloxacin Isofarma X
CO2 incubator Thermo Fisher Scientific X
Confocal fluorescence microscope (Leica SP8) Leica Leica SP8
Fetal Bovine Serum (FBS) Gibco 10270106
Fluorescence microscope (Olympus Lx73) Olympus Olympus Lx73
Gentamicin Gibco 15750045
Glutamine Thermo Fisher Scientific 35050-061
HEPES (N- 2-hydroxyethyl piperazine-N’-2-ethane-sulfonic acid) Gibco X
Histopaque Sigma 10771
M-CSF Peprotech 300-25
NH4Cl Sigma A9434
Normal goat serum Sigma NS02L
Nucleofector 2b Device Lonza AAB-1001
Nucleofector solution Lonza VPA-1007
Paraformaldehyde Sigma 158127
Phalloidin Invitrogen A12379
Phorbol myristate acetate (PMA) Sigma P1585
Phosphate buffer solution (PBS) Thermo Fisher Scientific 10010023
ProLong Gold Antifade kit Life Technologies P36931
Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 medium Gibco 11875-093
Saponin Thermo Fisher Scientific X
Schneider's Insect medium Sigma S0146
Sodium bicarbonate Sigma S5761
Sodium pyruvate Sigma S8636
Triton X-100 Sigma X

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Citazione di questo articolo
Paixão, A. R., Dias, B. R. S., Palma, L. C., Tavares, N. M., Brodskyn, C. I., de Menezes, J. P. B., Veras, P. S. T. Investigating the Phagocytosis of Leishmania using Confocal Microscopy. J. Vis. Exp. (173), e62459, doi:10.3791/62459 (2021).

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