Een muismodel voor pathogenen geïnduceerde Chronische ontsteking op lokale en systemische sites
Summary
Diermodellen hebben bewezen waardevolle instrumenten definiëren gastheer en pathogeen specifieke mechanismen die bijdragen aan de ontwikkeling van chronische ontsteking. Hier beschrijven we een muismodel van orale infectie met het humaan pathogeen Porphyromonas gingivalis en detail methoden om de progressie van inflammatie lokale en systemische plaatsen.
Abstract
Een chronische ontsteking is een belangrijke motor van pathologische weefselschade en een verenigende kenmerk van veel chronische ziekten bij de mens, waaronder neoplastische, auto-immuun en chronische inflammatoire ziekten. Recente inzichten impliceert pathogenen geïnduceerde chronische ontsteking in de ontwikkeling en progressie van chronische ziekten met vele klinische uitingen. Vanwege de complexe en multifactoriële etiologie van chronische ziekten, het ontwerpen van experimenten voor het bewijs van causaliteit en de oprichting van mechanistische schakels is bijna onmogelijk bij mensen. Een voordeel van het gebruik van dierlijke modellen is dat zowel genetische en omgevingsfactoren die de loop van een bepaalde ziekte kan beïnvloeden kan worden gecontroleerd. Aldus ontwerpen relevante diermodellen van infectie is een belangrijke stap bij het vaststellen gastheer en pathogeen specifieke mechanismen die bijdragen tot chronische ontsteking.
Hier beschrijven we een muismodel van pathogenen geïnduceerde chronische inflammation op lokale en systemische plaatsen na infectie met de orale pathogenen Porphyromonas gingivalis, een bacterie nauw verbonden met de menselijke parodontitis. Orale infectie van specifieke pathogenen vrije muizen veroorzaakt een plaatselijke ontstekingsreactie leidt tot vernietiging van tand ondersteunende alveolaire bot, een kenmerk van parodontitis. In een gevestigd muismodel van atherosclerose, infectie met P. gingivalis versnelt inflammatoire plaque afzetting in de aortische sinus en innominate slagader, vergezeld door activering van het vasculaire endotheel, een verhoogde immune cel infiltraat en verhoogde expressie van inflammatoire mediatoren in laesies. We detail methoden voor de beoordeling van de ontsteking op lokale en systemische sites. Het gebruik van transgene muizen en gedefinieerde bacteriemutanten maakt dit model bijzonder geschikt voor het identificeren van zowel de gastheer en microbiële factoren betrokken bij de initiatie, progressie en uitkomst van de ziekte. Additionally, kan het model worden gebruikt om te screenen voor nieuwe therapeutische strategieën, zoals vaccinatie en farmacologische interventie.
Introduction
Een chronische ontsteking is een belangrijke motor van pathologische weefselschade en een verenigende kenmerk van veel chronische ziekten bij de mens. Deze ziekten omvatten neoplastische, autoimmune en chronische ontstekingsziekten 1. De etiologie van veel chronische ziekten nog onduidelijk maar begrepen complex en multifactorieel, waarbij zowel erfelijke aanleg en de invoering van milieufactoren. Terwijl de perpetuators van ontsteking blijven ongrijpbaar, de cellulaire en moleculaire profielen van immuunactivering overlappen sterk met die patronen waargenomen in gastheer reacties op ziekteverwekkers 2.
Montage bewijs impliceert infectie met microbiële pathogenen in de ontwikkeling en progressie van chronische ontsteking en zijn diverse klinische manifestaties 2,3. Ziekteverwekkers kunnen veroorzaken en in stand houden van chronische ontstekingen die rechtstreeks door het ondermijnen van de gastheer immuunsysteem en zij hardnekkige infecties <sup> 4. Bij afwezigheid van microbiële persistentie, kan infectie chronische ontsteking door auto-immuunreacties veroorzaakt door moleculaire mimicry zelf-antigenen, veranderingen in zelf-antigenen die ze immunogeen te maken of schade die voorheen gemaskeerde gastheer antigenen releases precipiteren. Zelden echter specifieke pathogenen geïdentificeerd als de universele oorzaak van bepaalde chronische ziekte. Integendeel, de meeste beschikbare gegevens suggereren dat ziekteverwekkers verschillende mechanismen om chronische ontsteking te wekken met een breed spectrum van klinische manifestaties en de ziektebeelden in genetisch vatbare gastheer 3. Zo is een gedetailleerd inzicht in de mechanismen die specifieke pathogenen veroorzaken chronische ontsteking kan grote gevolgen hebben voor de volksgezondheid, maar ook de behandeling en preventie van veel chronische ziekten hebben.
Hoewel de gastheer en pathogeen specifieke mechanismen bijdragen tot de inductie en instandhouding van chronische ontstekingslecht begrepen, vooruitgang in de modellering van pathogenen geïnduceerde chronische ontsteking zijn begonnen aan ons begrip van deze processen te bevorderen. De P. gingivalis orale infectie model is een uniek, goed gekarakteriseerde muismodel van pathogenen geïnduceerde chronische ontsteking die de analyse van de gastheer en pathogeen specifieke mechanismen die bijdragen tot chronische ontsteking op lokaal (orale botverlies) en systemische plaatsen (atherosclerose) 5,6 toelaat.
P. gingivalis is een Gram-negatieve anaërobe orale pathogenen betrokken bij menselijke periodontale ziekte, een infectie aangedreven chronische ontstekingsziekte gekenmerkt door de vernietiging van tand steunweefsel 7. Naast pathologie aan de oorspronkelijke plaats van infectie, de opslag indicaties dat P. gingivalis geïnduceerde chronische ontsteking in de ontwikkeling en progressie van systemische ziekten zoals atherosclerose 5, een ziekte gekenmerkt door chronische inflammation van de wand van slagaders. Orale infectie van specifieke pathogenen vrije muizen met P. gingivalis induceert een lokale ontstekingsreactie die met aantasting van tandondersteunende alveolaire bot 8. P. gingivalis kunnen worden verhaald op de monden van geïnfecteerde muizen tot 42 dagen na de infectie 8 en muizen ontwikkelen een hoog pathogeen-specifieke serum antilichaam titers 9. In een gevestigd muismodel van atherosclerose middels apolipoproteïne-E – / – muizen (ApoE – / -), orale infectie met P. gingivalis induceert chronische ontsteking die inflammatoire plakafzetting drijft binnen de aorta sinus 10 en de onbenoemde slagader 11. Progressieve ontsteking in de onbenoemde slagader van P. gingivalis geïnfecteerde muizen kunnen worden gecontroleerd in levende dieren met behulp van in vivo MRI. Histologisch arteriële laesies P. gingivalis geïnfecteerde muizen vertonen een verhoogde accumulatie van lipiden BEGELEIDEgaan van activering van het vasculaire endotheel, een verhoogde immune cel infiltraat en verhoogde expressie van inflammatoire mediatoren 12. Gebruik van dit model in knockout muizen de rol van gastheer signaleringscomponenten en ontstekingsmediatoren, alsmede de celspecifieke interacties P. rijden toegelicht gingivalis -geïnduceerde immunopathology 12-14. Bovendien hebben experimenten gebruikmaking gedefinieerd bacteriemutanten kritische P. geïdentificeerd gingivalis virulentie factoren die bijdragen tot chronische ontsteking op lokale en systemische plaatsen 15.
Dit artikel beschrijft methoden voor de beoordeling van P. gingivalis geïnduceerde chronische ontsteking op lokale en systemische sites. We geven een gedetailleerd protocol voor de analyse van alveolair botverlies met microCT gebruikt Amira software. Daarnaast definiëren we het nut van seriële in vivo levend dier MRI voor de beoordeling van de progressieve inflammation binnen de onbenoemde slagader. Wij zijn onder andere methodologieën voor de visualisatie en kwantificatie van inflammatoire plaque in de arteriële laesies, en beschrijven hun histologische karakterisering. Het gebruik van transgene muizen en gedefinieerde bacteriemutanten maakt dit model bijzonder geschikt voor het identificeren van zowel de gastheer en microbiële factoren betrokken bij de initiatie, progressie en uitkomst van de ziekte. Bovendien kan het model worden gebruikt om te screenen voor nieuwe therapeutische strategieën, zoals vaccinatie en farmacologische interventie.
Protocol
Representative Results
Discussion
De P. gingivalis orale infectie model een waardevol hulpmiddel voor de studie van pathogenen geïnduceerde chronische ontsteking lokale en systemische plaatsen. Dit unieke model maakt de karakterisering van zowel gastheer en pathogeen specifieke mechanismen tot chronische ontsteking en immunopathologie. Bovendien kan het model worden gebruikt om te screenen voor nieuwe therapeutische strategieën, waaronder immunisatie en farmacologische interventie. De stappen in dit protocol beschrijven het succesvolle gebrui…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Institutes of Allergy and Infectious Diseases Grant P01 A1078894 naar CAG
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).
