Summary

Vitronectin 在细菌黏附和血清耐药性中作用的实验研究

Published: October 16, 2018
doi:

Summary

本报告描述了用于表征细菌外膜蛋白与人体补体调节器 vitronectin 之间相互作用的协议。该协议可用于研究 vitronectin 在任何细菌物种中的结合反应和生物学功能。

Abstract

细菌利用补充调节器作为逃避宿主免疫反应的手段。在这里, 我们描述了评估在细菌细胞表面 vitronectin 获取的作用的协议, 以抵抗宿主免疫系统。流式细胞术实验确定人血浆 vitronectin 作为一种配体的细菌受体外膜蛋白 H 型流感嗜血杆菌 f。采用酶联免疫吸附法对纯化的重组蛋白 H 与 vitronectin 蛋白相互作用进行了表征, 并利用生物层干涉方法评估了结合亲和性。使用正常和 vitronectin 耗尽的人血清进行血清耐药性测定, 证实了 vitronectin 与蛋白 H 在细菌细胞表面的结合对宿主免疫应答的生物学重要性。采用无 vitronectin 涂层的玻片和革兰染色, 分析了 vitronectin 在细菌粘附中的重要性。最后, 对人肺泡上皮细胞膜的细菌黏附性进行了研究。这里描述的协议可以很容易地适应对任何细菌物种感兴趣的研究。

Introduction

Vitronectin (Vn) 是一种重要的人类糖蛋白, 通过调节纤溶系统来维持稳态。在 C5b6-7 复合形成和 C9 聚合过程中, Vn 还通过抑制末端补道来发挥补充调节作用。一些细菌病原体已被证明要招募 Vn 到细胞表面作为抵抗补体沉积1,2,3的手段。此外, Vn 在细菌和宿主上皮细胞受体之间充当 “三明治” 分子, 从而促进病原体的附着和内部化2,4,5。Vn 与细菌细胞表面的结合是由其他目前未识别的蛋白质介导的。因此, 充分阐明 vn 结合在规避软管免疫反应方面的功能作用, 将需要鉴定 vn 的蛋白质。

确定 vn 结合蛋白的最初步骤是测试是否有兴趣的病原体可以结合纯化的 vn. 流式细胞术是一种简便而直接的方法, 用于确定 vn 是否与病原细胞结合。在本研究中, 我们评估了 Vn 与不同类型的流感嗜血杆菌 (Hif) 临床分离6的结合。本文描述的方法是定量的, 可用于区分各种细菌菌株的结合能力。在以前的研究中, 我们将 Hif 的蛋白质 H (PH 值) 描述为 Vn 结合蛋白7。因此, 在本研究中, 用所述的方法比较了野生型 (WT) Hif 和 Hif M10Δlph突变体的 Vn 结合电位。

一旦确定病原体结合 Vn, 第二步是表征表面蛋白质组, 以确定潜在的 Vn 结合蛋白。可以使用多种方法来实现89, 但本报告没有介绍这些方法。最适合检测蛋白质-蛋白质相互作用的方法是在大肠杆菌中制备表达选择的细菌表面蛋白, 并通过亲和层析纯化。在这里, 我们使用了 PH 及其分子相互作用与 Vn 来说明该方法。重组 PH 和 Vn 之间的相互作用采用酶联免疫吸附试验 (ELISA)7和最近开发的无标签技术 (称为生物层干涉法 (BLI)10,11) 进行了表征。虽然 ELISAs 可用于确认蛋白质-蛋白质相互作用, 但 BLI 提供有关相互作用的动力学参数的详细数据。

为了研究 Vn 在细菌粘附中的功能作用, 可以使用两种不同的检测法。这里描述的第一种检测方法是直接测量对 Vn 涂层玻璃表面的细菌附着, 而第二种检测则检查附着在上皮细胞表面。对于第一种检测方法, 玻璃玻片涂有 Vn, 用革兰染色和显微显微镜评估了 WT 或突变 Hif 菌株的结合度。这种技术可以根据结合 Vn12的能力, 轻松区分细菌。然后, 通过在 II. 型肺泡上皮细胞的单层添加培养细菌, 对哺乳动物细胞的细菌黏附性进行分析;通过计数菌落形成单位 (CFUs) 的数量来评估细菌附着。附着和内化细菌可在 Vn413的存在或缺失时加以区分。

利用血清杀灭试验 (血清杀菌活性) 评价了 Vn 在细菌性血清耐药性中的作用。为了评价 vn 在血清耐药性中的意义, 与正常人血清 (NHS) 的杀菌活性进行了比较。该方法可以很容易地区分 Vn 结合与非结合细菌的血清耐药性。我们用这种方法研究了 Vn 在几种细菌病原体的耐药性中的作用4,12

许多方法已经报告了研究寄主病原体的相互作用。在这里, 我们描述了一套协议, 可以很容易地适应任何病原体的研究, 以评估 Vn 在发病机制中的作用。我们使用各种病原体测试了这些协议, 并选择了 Hif 作为本报告的示例。

Protocol

1. Vn 作为细菌表面蛋白配体的分析 应用流式细胞仪检测细菌表面的 Vn 结合注: 在流式细胞术中, 我们使用侧散射和正向散射来门正事件。为了检查与 Vn 的相互作用, Hif 临床分离 (n=10)7与大肠杆菌BL21 (DE3) 一起选择作为阴性对照 (图 1a)。 培养 Hif 在脑心脏输液 (BHI) 培养基中的临床分离剂, 辅以10µg/毫升 NAD 和氯…

Representative Results

用流式细胞仪测定了对细菌表面的 Vn 结合。在这项研究中, 所有的 Hif 临床分离试验都是在细胞表面进行的。大肠杆菌阴性对照菌株未观察到 Vn 与细胞表面的相互作用 (图 1A)。如图 1B所示, PH 值是 Hif 细胞表面的一种主要的 Vn 结合蛋白。Hif 应变 M10 对 vn 的束缚导致了种群的转移, 而 Hif M10Δlph</…

Discussion

细菌病原体将 Vn 招募到细胞表面, 并利用此补充调节器防止补体因子的沉积和膜攻击复杂2的完成。Vn 还充当细菌表面蛋白和宿主细胞表面受体之间的桥梁分子, 从而使病原体能够附着在上皮细胞表面并随后调解内部化。在本研究中, 我们描述了可用于估计 i 的协议: vn 与细菌细胞表面的结合, ii) 蛋白质-蛋白质相互作用和亲和常数, iii. vn 在提供血清耐药性和增强的作用附着在宿主?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了来自安娜和埃德温-伯杰基金会、Hierta、气流和 Edla 约翰逊基金会、瑞典医学研究理事会 (赠款号 K2015-57X-03163-43-4、www.vr.se)、大学癌症基金会的赠款的支持。在马尔默的医院, 地形协会 (Forssman 基金会), 和斯科讷郡议会的研究和发展基金会。

Materials

1.5 mL thermomixter Eppendorf 5355 dry block heating and cooling shaker
5 mL polystyrene round-bottom tube  BD Falcon 60819-138 12 × 75 mm style
5% CO2 supplied incubator  Thermo Scientific  BBD6220
6 mL polystyrene round-bottom tube  VWR 89000-478 12 × 75 mm style with cap
24-well plates BD Falcon 08-772-1H Cell culture grade
30% Hydrogen peroxide (H2O2) solution Sigma-Aldrich H1009-100ML Laboratory analysis grade
75 cm2 tissue culture flask BD Falcon BD353136 Vented
96 well black flat bottom plate Greiner Bio-One 655090 Tissue culture treated µClear black plates
A549 Cell Line human Sigma-Aldrich 86012804-1VL
Cell detachment enzyme (Accutase)  Sigma-Aldrich A6964-500ML Cell Culture Grade
AR2G sensors Pall Life Science 18-5095 Sensor to immobilized protein by amino coupling 
Acetone VWR 97064-786 Analysis grade
Bovine Serum Albumins (BSA) Sigma-Aldrich A2058 Suitable for cell culture
Bibulous paper  VWR 28511-007
Bio-layer interferometer Pall Life Science FB-50258 Bilayer interferometry measuring equipment
Crystal violet solution Sigma-Aldrich HT90132-1L
C4BP (C4b binding protein) Complement Technology, Inc. A109 Bought as Frozen liquid form
Calcium chloride (CaCl2) Sigma-Aldrich C5670-500G
Carbol-fuchsin solution Sigma-Aldrich HT8018-250ML
Citric acid Sigma-Aldrich 251275-500G American Chemical Society (ACS) grade
Decolorizing solution Sigma-Aldrich 75482-250ML-F
E. coli host (E. Coli BL21) Novagen 69450-3 Protein expression host
F12 medium Sigma-Aldrich D6421 Cell Culture Grade
Flow cytometer  BD Biosciences 651154 Cell analysis grade for research applications 
Fetal Calf Serum (FCS) Sigma-Aldrich 12003C Suitable for cell culture
Normal human serum (NHS) Complement Technology, Inc. NHS Pooled human serum
FITC-conjugated donkey anti-sheep antibodies  AbD Serotec STAR88F Polyclonal
Gentamicin Sigma-Aldrich G1397 Cell culture grade
Glucose Sigma-Aldrich G8270-1KG
Gelatin Sigma-Aldrich G9391 Suitable for cell culture
Hemocytometer Marienfeld 640210
HRP-conjugated anti-His tag antibodies Abcam ab1269 Polyclonal
Human factor H Complement Technology, Inc. A137 Bought as Frozen liquid form
C4BP Complement Technology, Inc. A109 Frozen solution
Human serum albumin Sigma-Aldrich A1653-10G lyophilized powder
Histidine affinity resin column (HisTrap HP) GE Health Care Life Science 17-5247-01 Columns prepacked with Ni Sepharose
His-tagged PH Recombinantly expressed and purified in our lab
Iodine solution Sigma-Aldrich HT902-8FOZ
Methanol VWR BDH1135-1LP Analysis grade
 Microscope Olympus IX73 Inverted microscope
Microscope slides Sigma-Aldrich S8902 plain, size 25 mm × 75 mm 
Magnesium chloride (MgCl2) Sigma-Aldrich M8266-1KG
Plasmid containg C terminal 6x His-tag on the backbone (pET26(b)) Novagen 69862-3 DNA vector
Polysorb microtitre plates  Sigma-Aldrich M9410 For ELISA
Potassium hydroxide (KOH) Sigma-Aldrich 6009 American Chemical Society (ACS) grade
Sheep anti-human Vn antibodies AbD Serotec AHP396 Polyclonal
Shaker  Stuart Scientific STR6 Platform shaker
Tissue culture flask BD Falcon 3175167 75 cm2
 Thermomixer  Sigma-Aldrich T3317 Dry block heating and cooling shaker
Tetramethylbenzidine Sigma-Aldrich 860336-100MG ELISA grade
Vitronectin (Vn) from human plasma Sigma-Aldrich V8379-50UG cell culture grade

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Singh, B., Mostajeran, M., Su, Y., Al-Jubair, T., Riesbeck, K. Assays for Studying the Role of Vitronectin in Bacterial Adhesion and Serum Resistance. J. Vis. Exp. (140), e54653, doi:10.3791/54653 (2018).

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