توصيف وظيفي من كاربوكسيليستيراسيس في البيت مقاومة المبيدات الحشرية الذباب و الذبابة مستأنسة
Summary
هنا، نحن نقدم بروتوكولا لإنتاج البيت كاربوكسيليستيراسي يطير البروتينات في المختبر مع نظام تعبير خلية الحشرات باكولوفيروس بوساطة ولاحقا وظيفيا تميز أدوارها في التاييض بيرميثرين، وبالتالي، تمنح للبيرويثرويد المقاومة بدراسات تستند إلى خلية MTT المقايسة و في المختبر الأيضية.
Abstract
ويعتقد أن تلعب دوراً رئيسيا في مقاومة المبيدات الحشرية في مختلف الحشرات الأيض كاربوكسيليستيراسي بوساطة. وعثر عدة كاربوكسيليستيراسي الجينات حتى ينظم في سلالة ذبابة المنزل مقاومة، بينما ظلت أدوارهن في منح مقاومة المبيدات الحشرية إلى استكشاف. هنا، لقد قمنا بتصميم بروتوكول لتوصيف وظيفي كاربوكسيليستيراسيس. يتم عرض تجارب المثال ثلاثة: (1) التعبير وعزل البروتينات كاربوكسيليستيراسي عن طريق الحشرات باكولوفيروس بوساطة نظام التعبير خلية فروجيبيردا سبودوبتيرا (Sf9)؛ (2) MTT يستند إلى الخلية (3-[4، 5-ديميثيكثيازول-2-يل]-2، 5-ديفينيلتيترازوليوم بروميد) الإنزيم سيتوتوكسيسيتي لقياس تسامح خلايا الحشرات إلى علاجات بيرميثرين مختلفة؛ (3) في المختبر الأيضية دراسات واستكشاف قدرات كاربوكسيليستيراسيس تجاه بيرميثرين الأيضية. يطير سلالة ألف الجين كاربوكسيليستيراسي MdαE7 تم استنساخ من منزل مقاومة وتستخدم لبناء باكولوفيروس المؤتلف لعدوى الخلايا Sf9. وقيست فيابيليتيس الخلية ضد بيرميثرين مختلف العلاجات مع فحص MTT. التسامح الخلية المحسنة للمجموعة التجريبية (MdαE7-المؤتلف باكولوفيروس إصابة الخلايا) بالمقارنة مع تلك المجموعات المراقبة (لجنة مناهضة التعذيب-المؤتلف باكولوفيروس إصابة الخلايا والخلايا باكولوفيروس المصابة بروتينات فلورية خضراء-المؤتلف) بيرميثرين واقترح علاجات قدرات MdαE7 في التاييض المبيدات، وبالتالي حماية الخلايا من الأضرار الكيميائية. وباﻹضافة إلى ذلك، أعرب في الحشرات Sf9 الخلايا البروتينات كاربوكسيليستيراسي ومعزولة لإجراء دراسة الأيض في المختبر . نتائجنا أوضحت كبيرا في المختبر ايضية كفاءة MdαE7 تجاه بيرميثرين، مباشرة تشير إلى تورط كاربوكسيليستيراسيس في التاييض مبيدات الحشرات وهكذا يمنح مقاومة المبيدات الحشرية في المنزل الذباب.
Introduction
مقاومة المبيدات الحشرية حاليا قضية رئيسية من مجلس النواب مراقبة الطيران في جميع أنحاء العالم1،2. الجهود الرامية إلى تحديد إليه لمقاومة المبيدات الحشرية ويسهل فهم أفضل لهذه المسألة، وبالتالي توفير رواية استراتيجيات فعالة في منع أو تقليل انتشار مقاومة التنمية3. كاربوكسيليستيراسيس، كواحد من الإنزيمات الرئيسية إزالة السموم، وقد اجتذبت الكثير من الاهتمام لأدوارها في عزل والتاييض مبيدات الحشرات في مختلف الحشرات4،،من56. وحددت الدراسة السابقة كاربوكسيليستيراسيس متعددة في البيت الذباب ومستويات التعبير لم تكن فقط مؤثرا حتى ينظم في سلالة الهف مقاومة ولكن يمكن أيضا أن يكون المحرض على أعلى المستويات استجابة للعلاجات بيرميثرين7 . ومع ذلك، تظل الأوصاف الوظيفية لهذه الجينات كاربوكسيليستيراسي في التاييض مبيدات الحشرات إلى استكشاف.
منذ صدور التقرير الأول في أوائل الثمانينات8، استخدمت نظام تعبير جينات أجنبية باكولوفيروس بوساطة على نطاق واسع نظراً لكفاءة إنتاج نسبة عالية من البروتين والبروتين التوكسينات تجهيز قدرات9. هذا نظام ثنائي يتألف من عنصرين أساسيين: باكولوفيروس المؤتلف شيدت إيصال جينات أجنبية إلى الخلايا المضيفة، والتعبير على نطاق واسع من البروتينات المهتمين بالخلايا المصابة المؤتلف باكولوفيروس. العقود الماضية، نظام التعبير خلية باكولوفيروس بوساطة قد استخدمت على نطاق واسع لإنتاج آلاف بروتينات المؤتلف، بدءاً من الإنزيمات سيتوسوليك للبروتينات الغشاء زمنياً في الحشرات والثدييات خلايا10. وعبرت دراستنا السابقة بنجاح عدة إنزيمات CYP450 في الخلايا Sf9 الحشرات مع هذا النظام11. في هذه الدراسة، ونحن باكولوفيروس كاربوكسيليستيراسي-المؤتلف لتصيب الحشرات Sf9 الخلايا التي شيدت، استكشاف التسامح الخلية إلى علاجات بيرميثرين مختلفة، وعلى نطاق واسع كاربوكسيليستيراسي أعرب عن البروتينات في المختبر للوظيفية الاستكشاف. بدلاً من التحقيق عدة خلائط isozyme كاربوكسيليستيراسي من هوموجيناتيس الحشرات التي اعتمدتها الدراسات السابقة12،13، يسمح هذا النظام التعبير باكولوفيروس بوساطة الحشرات الخلية تعبيراً محدداً و عزل البروتينات المستهدفة لوصف أفضل من خصائصها البيوكيميائية والهيكلية.
التحليل القائم على الملح tetrazolium (MTT) أسلوب قياس ألوان الفائق المتقدمة والأمثل لقياس جدوى الخلية. ويستند هذا التحليل الآلية التي الخلايا الحية فقط قادرون على التاييض الكاشف MTT اللون الأصفر إلى متسرعا formazan لون أرجواني مظلمة، التي يمكن أن تحلل بعد حله في المذيبات العضوية14كولوريميتريكالي، 15. وقد وضعت عدة أكثر دقة لكن أساليب تستغرق وقتاً طويلاً، مثل استبعاد تريبان الأزرق و thymidine معايرة الإنزيم16،17، في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، المسلم الإنزيم MTT يستند إلى الخلية لا يزال حاليا كالأسلوب الأكثر سرعة وتشغيلها بسهولة بسرعة الكشف عن صلاحية خلية. هنا، نحن استخدام الإنزيم MTT لاستكشاف التسامح الخلية ضد المبيدات الحشرية العلاجات. يدعم التسامح المعززة للخلايا عند المصابين باكولوفيروس المؤتلف كاربوكسيليستيراسي بشدة أدوار الأيضية كاربوكسيليستيراسيس لمبيدات الآفات، التي بدورها تشير إلى مشاركتها في مقاومة المبيدات الحشرية.
بالإضافة إلى ذلك، أجرى في المختبر ايضية مقايسة أيضا في هذه الدراسة. وبالمقارنة مع فحوصات كاربوكسيليستيراسي العامة التي تستخدم ركائز مشتركة مثل اسيتات نابثيل α (α-نا) وبيتا-نافثيل خلات (β-نا) لتعكس أنشطة هيدروليكي كاربوكسيليستيراسيس، دراسة الأيض في المختبر يعتبر طريقة دقيقة لقياس أنشطة كاربوكسيليستيراسيس تجاه المبيدات الحشرية18مباشرة. قد استخدمت هذا الأسلوب بنجاح في مختلف الحشرات لتوصيف الفسفرة متعددة P450s بالاشتراك مع المبيدات الحشرية المقاومة11،،من1920. ومع ذلك، هذا الأسلوب لا بعد طبق في الدراسات كاربوكسيليستيراسي. ومع توافر البروتينات كاربوكسيليستيراسي التي ينتجها نظام باكولوفيروس بوساطة التعبير، يمكننا تنفيذ في المختبر ايضية دراسة من كاربوكسيليستيراسيس تجاه بيرميثرين، كذلك يمكن أن توفر أدلة قوية على تورط من كاربوكسيليستيراسيس في منح المقاومة للبيرويثرويد في منزل الذباب.
Protocol
Representative Results
Discussion
في العقود الأخيرة، استخدمت على نطاق واسع نظم التعبير مغايرة للتعبير عن وعزل كميات كبيرة من البروتينات، وبالتالي السماح البيوكيميائية والوظيفية وتحديد وتوصيف للإنزيمات في المختبر. وحتى الآن، عدة نظم نموذجية مختلفة بما في ذلك الإشريكيّة القولونية، باستوريس بيتشيا، سيري?…
Materials
| Q5 High-Fidelity DNA Polymerase | New England Biolabs inc. | M0491L | |
| QIAquick Gel Extraction Kit | QIAGEN | 28704 | |
| pENTR/D-TOPO Cloning Kit, with One Shot TOP10 Chemically Competent E. coli | Invitrogen by life technology | K240020 | S.O.C medium and universal M13 sequence primers were included in this kit. |
| PureLink HiPure Plasmid Miniprep Kit | Invitrogen by life technology | K210002 | |
| Gateway LR Clonase II Enzyme mix for BaculoDirectTM Kits | Invitrogen by life technology | 11791-023 | |
| BaculoDirect C-Term Linear DNA Transfection Kit | Invitrogen by life technology | 12562-019 | Cellfectin transfection reagent and ganciclovir were included in this kit |
| pENTR-CAT plasmid | Invitrogen by life technology | Included in BaculoDirect C-Term Linear DNA Transfection Kit, concentration: 0.5 ug/uL | |
| Heat inactivated Fetal Bovine Serum, Certified | Gibco by Life Technologies | 10082-139 | |
| Sf9 cells in Sf-900 III SFM | Gibco by Life Technologies | 12659017 | |
| Insect Cell-PE LB Insect Cell Protein Extraction & Lysis Buffer | G Biosciences by A Geno Technology Inc | 786-411 | |
| Sf-900 III SFM (1×) Serum Free Medium Complete | Gibco by Life Technologies | 12658-019 | |
| Grace's Insect Medium, unsupplemented | Gibco by Life Technologies | 11595030 | |
| Permethrin (isomers) analytical standard | SUPELCO by Solutions WithinTM | 442748 | |
| Methanol (analytical graded) | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | |
| Acetonitrile (analytical graded) | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | |
| GHP Acrodisc 25 mm Syringe Filters with 0.45 μm GHP Membrane (HPLC Certified) | Pall Life Sciences | 21890388 | |
| Alliance Waters 2695 HPLC System | Waters | ||
| T100 Thermal Cycle | Bio-Rad Laboratories Inc. | 1861096 | |
| Nanodrop 2000/2000c Spectrophotometers | ThermoFisher Scientific | ND2000CLAPTOP | |
| Cytation 5 Cell Imaging Multi-Mode Reader | BioTek |
References
- Scott, J. G., et al. Insecticide resistance in house flies from the United States: Resistance levels and frequency of pyrethroid resistance alleles. Pesticide Biochemistry and Physiology. 107 (3), 377-384 (2013).
- Li, M., et al. A whole transcriptomal linkage analysis of gene co-regulation in insecticide resistant house flies, Musca domestica. BMC Genomics. 14, 803 (2013).
- Liu, N. Insecticide resistance in mosquitoes: impact, mechanisms, and research directions. Annual Review of Entomology. 60, 537-559 (2015).
- Grigoraki, L., et al. Transcriptome profiling and genetic study reveal amplified carboxylesterase genes implicated in temephos resistance, in the Asian tiger mosquito Aedes albopictus. e0003771. 9, e0003771 (2015).
- Grigoraki, L., et al. Carboxylesterase gene amplifications associated with insecticide resistance in Aedes albopictus: Geographical distribution and evolutionary origin. PLOS Neglected Tropical Diseases. 11, e0005533 (2017).
- Wheelock, C., Shan, G., Ottea, J. Overview of carboxylesterases and their role in the metabolism of insecticides. Journal of Pesticide Science. 30, 75-83 (2005).
- Feng, X., Li, M., Liu, N. Carboxylesterase genes in pyrethroid resistant house flies, Musca domestica. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 92, 30-39 (2018).
- Mosmann, T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J Immunol Methods. 65 (1-2), 55-63 (1983).
- Jarvis, D. L. Baculovirus-insect cell expression systems. Methods in Enzymology. 463, 191-222 (2009).
- Berger, I., Fitzgerald, D. J., Richmond, T. J. Baculovirus expression system for heterologous multiprotein complexes. Nature Biotechnology. 22 (12), 1583 (2004).
- Gong, Y., Li, T., Feng, Y., Liu, N. The function of two P450s, CYP9M10 and CYP6AA7, in the permethrin resistance of Culex quinquefasciatus. Scientific Reports. 7 (1), 587 (2017).
- Cao, C. W., Zhang, J., Gao, X. W., Liang, P., Guo, H. L. Overexpression of carboxylesterase gene associated with organophosphorous insecticide resistance in cotton aphids, Aphis gossypii (Glover). Pesticide Biochemistry and Physiology. 90 (3), 175-180 (2008).
- Zhang, L., Gao, X., Liang, P. Beta-cypermethrin resistance associated with high carboxylesterase activities in a strain of house fly, Musca domestica (Diptera: Muscidae). Pesticide Biochemistry and Physiology. 89, 65-72 (2007).
- Van Meerloo, J., Kaspers, G. J., Cloos, J. Cell sensitivity assays: the MTT assay. Cancer cell culture. , 237-245 (2011).
- Stockert, J. C., Blázquez-Castro, A., Cañete, M., Horobin, R. W., Villanueva, &. #. 1. 9. 3. ;. MTT assay for cell viability: Intracellular localization of the formazan product is in lipid droplets. Acta Histochemica. 114 (8), 785-796 (2012).
- Strober, W. Trypan blue exclusion test of cell viability. Current Protocols in Immunology. , (2001).
- Riss, T. L., Moravec, R. A., Niles, A. L., Duellman, S., Benink, H. A., Worzella, T. J., Minor, L. Cell viability assays. Assay Guidance Manual. , (2013).
- Wheelock, C. E., Shan, G., Ottea, J. Overview of carboxylesterases and their role in the metabolism of insecticides. Journal of Pesticide Science. 30 (2), 75-83 (2005).
- Li, X., Schuler, M. A., Berenbaum, M. R. Molecular mechanisms of metabolic resistance to synthetic and natural xenobiotics. Annual Review of Entomology. 52, 231-253 (2007).
- Nakamura, Y., et al. The in vitro metabolism of a pyrethroid insecticide, permethrin, and its hydrolysis products in rats. Toxicology. 235 (3), 176-184 (2007).
- Kruger, N. J. The Bradford method for protein quantitation. The protein protocols handbook. , 15-21 (2002).
- Macauley-Patrick, S., Fazenda, M. L., McNeil, B., Harvey, L. M. Heterologous protein production using the Pichia pastoris expression system. Yeast. 22 (4), 249-270 (2005).
- Berger, I., Fitzgerald, D. J., Richmond, T. J. Baculovirus expression system for heterologous multiprotein complexes. Nature Biotechnology. 22 (12), 1583 (2004).
- Terpe, K. Overview of bacterial expression systems for heterologous protein production: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems. Applied Microbiology and Biotechnology. 72 (2), 211 (2006).
- Bulter, T., et al. Functional expression of a fungal laccase in Saccharomyces cerevisiae by directed evolution. Applied Microbiology and Biotechnology. 69 (2), 987-995 (2003).
- Stepanenko, A. A., Dmitrenko, V. V. Pitfalls of the MTT assay: Direct and off-target effects of inhibitors can result in over/underestimation of cell viability. Gene. 574 (2), 193-203 (2015).
