局所および全身所における病原体により誘導される慢性炎症のためのマウスモデル
Summary
動物モデルは、慢性炎症の発展に貢献宿主および病原体特異的なメカニズムを定義する上で非常に貴重なツールであることが分かっている。ここでは、ローカルおよび全身の部位での炎症の進行を評価するために、ヒト病原体ポルフィロモナス·ジンジバリスとディテールの方法論で経口感染のマウスモデルを記述する。
Abstract
慢性炎症は、病理学的な組織の損傷及び腫瘍性、自己免疫および慢性炎症性疾患を含むヒトにおける多くの慢性疾患の統一特性の主要なドライバです。新たな証拠は、臨床症状の多種多様な慢性疾患の発症および進行中の病原体により誘導される慢性炎症を暗示。慢性疾患の複雑で多因子病因に、因果関係の証明および機構のリンクの確立のための実験を設計するヒトではほぼ不可能です。動物モデルを使用する利点は、特定の疾患の経過に影響を与える可能性の両方の遺伝的要因と環境要因を制御することができるということである。したがって、感染症の関連する動物モデルを設計する慢性炎症に寄与し、ホストおよび病原体特異的なメカニズムを特定するのに重要なステップである。
ここでは、病原体によって誘発される慢性inflaのマウスモデルを記述する口腔病原体ポルフィロモナス·ジンジバリス 、密接に人間の歯周病に関連する細菌による感染後の局所及び全身の部位でmmation。特定病原体フリーのマウスの経口感染が歯槽骨、歯周疾患の特徴を支える歯の破壊をもたらす局所的炎症応答を誘導する。アテローム性動脈硬化症の確立されたマウスモデル、P.による感染でジンジバリスは、血管内皮の活性化、増加した免疫細胞浸潤、および病変内の炎症性メディエータの発現の上昇を伴う大動脈洞および腕頭動脈内の炎症性プラーク沈着を加速させます。私たちは、局所および全身の部位での炎症の評価のための詳細な方法論。トランスジェニックマウスおよび定義された細菌の突然変異体の使用は、宿主および疾患の開始、進行および予後に関与する微生物因子の両方を識別するためのこのモデルは特に適している。 Additionallyは、モデルは、ワクチン接種および薬理学的介入を含む新規治療戦略のためにスクリーニングすることができる。
Introduction
慢性炎症は、病理学的な組織の損傷およびヒトにおける多くの慢性疾患の統一特性の主要なドライバです。これらの疾患は、腫瘍性、自己免疫および慢性炎症性疾患1が含まれています。多くの慢性疾患の病因は依然として不明であるが、遺伝的素因および環境因子の導入の両方を含む、複雑で多因子性であると理解される。炎症のperpetuatorsはとらえどころのない残っていますが、免疫活性化の細胞および分子プロファイルは、病原体2に対する宿主応答において観察されるもののパターンとかなり重複する。
証拠が慢性炎症とその多様な臨床症状2,3の発症および進行中の微生物病原体の感染を暗示。病原体は、宿主の免疫系を破壊し、持続感染を確立することにより、直接、慢性炎症を誘導および維持することができます<sup> 4。微生物の持続性の非存在下では、感染症、自己抗原分子擬態によりトリガ自己免疫反応は、免疫原性、それらをレンダリングする自己抗原、または以前にマスクされた宿主抗原を放出する損傷の変化による慢性炎症を沈殿させることができる。まれただし、特定の病原体は、特定の慢性疾患の普遍的な原因として同定されている。むしろ、利用可能なデータの大部分は、病原体は、遺伝的に感受性のホスト3における臨床症状および疾患転帰の広いスペクトルを有する慢性炎症を誘発するために異なるメカニズムを使用することを示唆している。したがって、特定の病原体が慢性炎症を誘導するメカニズムの詳細な理解は、主要な公衆衛生への影響だけでなく、多くの慢性疾患の治療および予防であってもよい。
慢性炎症の誘導および維持に貢献ホストと病原体の特定のメカニズムがありますがあまり理解されていない、病原体によって誘発される慢性炎症のモデル化における進歩は、これらのプロセスの理解を促進するために始めている。 P.歯周経口感染モデルは、ホストと病原ローカル（口頭骨の損失）で慢性炎症に貢献する具体的な仕組みや全身の部位（アテローム性動脈硬化症）5,6の分析、病原体によって誘発される慢性炎症のユニークな、十分に特徴付けられたマウスモデルである。
P.ジンジバリスは、人間の歯周病、組織7を支持歯の破壊を特徴とする感染主導の慢性炎症性疾患に関与するグラム陰性、嫌気性口腔病原体である。感染の初期部位における病理学に加えて、証拠が蓄積P.を暗示ジンジバリスは 、アテローム性動脈硬化症5を含む全身性疾患の発症および進行中の慢性inflammatioを特徴とする疾患を慢性炎症誘発動脈血管壁のnである。 Pと特定病原体フリーのマウスの経口感染ジンジバリスは、歯の破壊の結果は、歯槽骨8を支持することが局所的な炎症応答を誘導する。P.ジンジバリスは、病原体特異的血清抗体力価9の高レベルを開発するまでの42日感染後8およびマウス感染マウスの口から回収することができる。 – / –マウス（アポE – / – ）、P.経口感染アポリポタンパク質-Eを使用して、アテローム性動脈硬化症の確立されたマウスモデルにおいてジンジバリスは大動脈洞10と腕頭動脈11内炎症性プラーク沈着を駆動慢性炎症を誘導する。 Pの腕頭動脈内のプログレッシブ炎症歯周マウスは、生体内 MRI で使用して生きた動物でモニターすることができる感染した。組織学的には、Pから動脈病変歯周マウスは脂質accompa蓄積の増加を示し、感染した血管内皮の活性化、増加した免疫細胞浸潤、および炎症性メディエーター12の発現の上昇によって、防災科学技術研究所。ノックアウトマウスでのこのモデルの使用は、宿主シグナル伝達成分および炎症性メディエーターの役割、ならびに細胞P.を駆動特異的相互作用を解明している14 – 歯周は免疫病理12誘発 。また、定義された細菌の変異株を用いた実験では、重要なPを同定している歯周は、ローカルおよび全身の部位15で慢性炎症に貢献する要因を病原性。
この記事では、Pの評価のための方法論を詳述歯周は、ローカルおよび全身の部位での慢性炎症を誘発。私たちは、アミラソフトウェアを使用してマイクロCTによって歯槽骨喪失の分析のための詳細なプロトコルを提供する。さらに、当社は、プログレッシブでの評価のための生体内で生きている動物のMRI におけるシリアルの有用性を定義する腕頭動脈内のflammation。私たちは、動脈病変における炎症性プラークの可視化および定量化のための方法論が含まれ、それらの組織学的特徴づけを説明します。トランスジェニックマウスおよび定義された細菌の突然変異体の使用は、宿主および疾患の開始、進行および予後に関与する微生物因子の両方を識別するためのこのモデルは特に適している。さらに、モデルは、ワクチン接種および薬理学的介入を含む新規治療戦略のためにスクリーニングすることができる。
Protocol
Representative Results
Discussion
P.歯周経口感染モデルは、局所および全身の部位で病原体により誘導される慢性炎症の研究のための貴重なツールを提供します。このユニークなモデルは、慢性炎症や免疫病理に寄与し、ホストと病原体の両方の特定のメカニズムの特徴付けを可能にする。さらに、モデルは、免疫化および薬理学的介入を含む新規治療戦略のためにスクリーニングすることができる。このプロトコル?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、国立アレルギー·感染症研究所によってサポートされていましたCAGにP01 A1078894を付与します
Materials
| Name of the Material/Eqiupment | Company | Catalogue Number | Comments |
| Amira analysis software | Visualization Sciences Group | ||
| Anaerobic chamber DW Scientific Model MG500 | Microbiology International | ||
| BHI | Becton-Dickinson | 211059 | |
| Hemin | Sigma-Aldrich | 51280-5G | |
| Menadione (Vitamin K) | Sigma-Aldrich | M5625-25G | |
| Yeast Extract | Becton-Dickinson | 212750 | |
| Carboxymethyl cellulose (medium viscocity) | Sigma-Aldrich | C-4888 | |
| Sulfamethoxazole and Trimethoprim Oral Suspension 200 mg/40 mg per 5ml | Hi-Tech Pharmacal | NDC 50383-823-16 | |
| μCT 40 | Scanco | ||
| HistoChoice Tissue Fixative | Sigma-Aldrich | H2904 | |
| Sudan IV | Sigma-Aldrich | S4261-25G | |
| vertical-bore 11.7T Avance spectrometer | Bruker | ||
| Paravision | Paravision | ||
| ImageJ | NIH | ||
| rat anti-mouse F4/80 | Serotec | MCA497R | |
| rat anti-mouse TLR2 | eBioscience | 13-9021-80 | |
| Leica S4 Dissecting Scope | Leica | ||
| Microm HM 550 Cryostat | Microm |
References
- Nathan, C., Ding, A. Nonresolving Inflammation. Cell. 140 (6), 871-882 (2010).
- Karin, M., Lawrence, T., Nizet, V. Innate immunity gone awry: linking microbial infections to chronic inflammation and. 124, 823-835 (2006).
- Connor, S. M., Taylor, C. E., Hughes, J. M. Emerging infectious determinants of chronic diseases. Emerging Infectious Diseases. 12 (7), 1051-1057 (2006).
- Barth, K., Remick, D. G., Genco, C. A. Disruption of immune regulation by microbial pathogens and resulting chronic inflammation. Journal of Cellular Physiology. , (2012).
- Hayashi, C., Gudino, C. V., Gibson, F. C., Genco, C. A. Review: Pathogen-induced inflammation at sites distant from oral infection: bacterial persistence and induction of cell-specific innate immune inflammatory pathways. Molecular Oral Microbiology. 25 (5), 305-316 (2010).
- Gibson, F. C., Ukai, T., Genco, C. A. Engagement of specific innate immune signaling pathways during Porphyromonas gingivalis induced chronic inflammation and atherosclerosis. Frontiers in Bioscience: a Journal and Virtual Library. 13, 2041-2059 (2008).
- Pihlstrom, B. L., Michalowicz, B. S., Johnson, N. W. Periodontal diseases. Lancet. 366 (9499), 1809-1820 (2005).
- Baker, P. J., Evans, R. T., Roopenian, D. C. Oral infection with Porphyromonas gingivalis and induced alveolar bone loss in immunocompetent and severe combined immunodeficient mice. Archives of Oral Biology. 39 (12), 1035-1040 (1994).
- Baker, P. J., Carter, S., Dixon, M., Evans, R. T., Roopenian, D. C. Serum antibody response to oral infection precedes but does not prevent Porphyromonas gingivalis-induced alveolar bone loss in mice. Oral Microbiology and Immunology. 14 (3), 194-196 (1999).
- Gibson, F. C., Hong, C., et al. Innate immune recognition of invasive bacteria accelerates atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Circulation. 109 (22), 2801-2806 (2004).
- Hayashi, C., Viereck, J., et al. Porphyromonas gingivalis accelerates inflammatory atherosclerosis in the innominate artery of ApoE deficient mice. Atherosclerosis. 215 (1), 52-59 (2011).
- Hayashi, C., Madrigal, A. G., et al. Pathogen-mediated inflammatory atherosclerosis is mediated in part via Toll-like receptor 2-induced inflammatory responses. Journal of Innate Immunity. 2 (4), 334-343 (2010).
- Hayashi, C., Papadopoulos, G., et al. Protective role for TLR4 signaling in atherosclerosis progression as revealed by infection with a common oral pathogen. Journal of Immunology (Baltimore, Md.: 1950). 189 (7), 3681-3688 (2012).
- Papadopoulos, G., Weinberg, E. O., et al. Macrophage-Specific TLR2 Signaling Mediates Pathogen-Induced TNF-Dependent Inflammatory Oral Bone Loss. The Journal of Immunology. , (2012).
- Gibson, F. C., Hong , C., et al. Innate immune recognition of invasive bacteria accelerates atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Circulation. 109 (22), 2801-2806 (2004).
- Miyamoto, T., Yumoto, H., Takahashi, Y., Davey, M., Gibson, F. C., Genco, C. A. Pathogen-accelerated atherosclerosis occurs early after exposure and can be prevented via immunization. Infection and Immunity. 74 (2), 1376-1380 (2006).
- Baker, P. J., Dixon, M., Roopenian, D. C. Genetic control of susceptibility to Porphyromonas gingivalis-induced alveolar bone loss in mice. Infection and Immunity. 68 (10), 5864-5868 (2000).
- Baker, P. J., Dixon, M., Evans, R. T., Roopenian, D. C. Heterogeneity of Porphyromonas gingivalis strains in the induction of alveolar bone loss in mice. Oral Microbiology and Immunology. 15 (1), 27-32 (2000).
- Daugherty, A. Mouse models of atherosclerosis. The American Journal of the Medical Sciences. 323 (1), 3-10 (2002).
- Weinreb, D. B., Aguinaldo, J. G. S., Feig, J. E., Fisher, E. A., Fayad, Z. A. Non-invasive MRI of mouse models of atherosclerosis. NMR in Biomedicine. 20 (3), 256-264 (2007).
