Summary

微胞子虫感染症の カエノラブディティス・エレガンス モデルにおける遺伝性免疫の研究

Published: April 06, 2022
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Summary

微胞子虫寄生虫ネマトシダ・パリシイによるCaenorhabditis elegansの感染は、ワームが同じ病原体に対して非常に耐性のある子孫を産むことを可能にする。これは遺伝性免疫の一例であり、り理解されていないエピジェネティック現象である。本プロトコールは、遺伝的に扱いやすいワームモデルにおける遺伝性免疫の研究を記述している。

Abstract

遺伝性免疫は、いくつかの動物が以前の感染の「記憶」を子孫にどのように渡すことができるかを表しています。これは、子孫の病原体耐性を高め、生存を促進することができる。遺伝性免疫は多くの無脊椎動物で報告されているが、このエピジェネティック現象の根底にあるメカニズムはほとんど知られていない。天然の微胞子虫病原体ネマトシダ・パリシイによるカエノラブディティス・エレガンスの感染は、微胞子虫に対して頑丈に耐性のある子孫を産生するワームをもたらす。本プロトコールは、単純かつ遺伝的に扱いやすいN. parisii-C. elegans感染モデルにおける世代間免疫の研究を記載する。現在の記事では、C. elegansに感染し、免疫プライムされた子孫を生成する方法について説明します。微胞子虫の染色および顕微鏡による感染の可視化による微胞子虫感染に対する耐性をアッセイするための方法も与えられる。特に、遺伝性免疫は微胞子虫による宿主細胞の侵入を防ぎ、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)を用いて浸潤事象を定量化することができる。免疫プライミングされた子孫において産生される微胞子虫胞子の相対量は、胞子をキチン結合色素で染色することによって定量することができる。今日まで、これらの方法は、遺伝性免疫の動態および病原体特異性、ならびにその根底にある分子メカニズムに光を当ててきた。これらの技術は、C. elegansの研究に利用可能な広範なツールとともに、遺伝性免疫の分野における重要な発見を可能にするでしょう。

Introduction

遺伝性免疫はエピジェネティックな現象であり、それによって親が病原体にさらされ、感染抵抗性の子孫の産生を可能にすることができる。このタイプの免疫記憶は、適応免疫系を欠いており、ウイルス性、細菌性、および真菌性の疾患から保護することができる多くの無脊椎動物で示されている1。遺伝性免疫は健康と進化の両方を理解する上で重要な意味を持つが、この保護の根底にある分子メカニズムはほとんど知られていない。これは、遺伝性免疫が記載されている動物の多くが、研究のためのモデル生物として確立されていないことも一因である。対照的に、透明な線虫Caenorhabditis elegansにおける研究は、広範な遺伝的および生化学的ツールキット2,3、高度に注釈付きゲノム4,5、および短い生成時間から利益を得る。実際、C. elegansの研究は、エピジェネティクスと自然免疫6,7の分野における根本的な進歩を可能にし、現在は免疫記憶8,9を研究するための確立されたモデルです。

微胞子虫は、ほぼすべての動物に感染し、免疫不全のヒトに致死的な感染症を引き起こす真菌病原体です10。感染は、微胞子虫胞子が極性管と呼ばれる構造を使用して宿主細胞にその細胞内容物(スポロプラズム)を注入または「発火」したときに始まります。寄生虫の細胞内複製は、メロントの形成をもたらし、これは最終的に細胞1112を出ることができる成熟胞子に分化する。これらの寄生虫は人間の健康と食料安全保障の両方に有害ですが、感染生物学についてはまだ学ぶべきことがたくさんあります12線虫パリシイは、ワームの腸細胞内で排他的に複製する天然のマイクロスポリジウム寄生虫であり、繁殖力の低下、そして最終的には死をもたらす。N. parisii-C. elegans感染モデルは、(1)病原体クリアランスにおけるオートファジーの役割13、(2)微胞子虫が感染細胞から非溶解的にどのように出ることができるか14、(3)病原体が合胞体15を形成することによって細胞から細胞へとどのように広がることができるか、(4)N. parisiiが宿主16と界面するために用いるタンパク質、および(5)転写細胞内病原体応答(IPR)17の調節18

C. elegansの感染に関するプロトコルは、現在の研究に記載されており、ユニークな微胞子虫生物学を明らかにし、感染に対する宿主の応答を解剖するために使用することができる。キチン結合色素Direct Yellow 96(DY96)で染色された固定ワームの顕微鏡観察は、キチン含有微胞子虫胞子の腸全体に感染が広がることを示している。DY96染色はまた、宿主の適応度の読み出しとしてワームの重力(胚を産生する能力)の同時評価のために、キチン含有ワーム胚の視覚化を可能にする。

最近の研究により、N. parisiiに感染したC. elegansは、同じ感染に対して頑丈に耐性のある子孫を産むことが明らかになりました19。この遺伝性免疫は単一世代持続し、より重度に感染した両親からの子孫が微胞子虫に対してより耐性であるため、用量依存的である。興味深いことに、N. parisii-primedの子孫はまた、細菌の腸内病原体緑膿菌に対してより耐性があるが、天然の病原体オルセーウイルス19に対して保護されていない。本研究はまた、免疫プライムされた子孫が微胞子虫による宿主細胞の侵入を制限することを示している。この方法はまた、免疫プライミングされた子孫の収集と、FISHを使用して腸細胞中のN. parisii RNAを検出し、宿主細胞の侵入および胞子の発火をアッセイする方法についても説明しています20

これらのプロトコルは、 C. elegansにおける微胞子虫および遺伝性免疫を研究するための強固な基盤を提供する。このモデルシステムにおける今後の研究により、遺伝性免疫の新生領域における重要な発見が可能になることが期待されます。これらの技術は、他の宿主生物における微胞子虫誘発遺伝性免疫を調査するための出発点となる可能性もある。

Protocol

本研究は、21°Cで生育させた野生型 C.エレガンス ・ブリストルN2株を用いる。 1. 培地の準備 前のレポート21,22に従ってM9メディアを準備します。 線虫増殖培地(NGM)を前回の報告21、22に従って調製した。6 cmプレートあたり12 mLのNGMまたは10 cmプレート?…

Representative Results

本研究では、 C. elegans (P0)の親集団は、低用量の N. parisii 胞子でL1段階で感染した。これらの感染状態は、典型的には、両親の漂白を通じて多数の微胞子虫耐性F1子孫を得るために使用される。感染した親集団および非感染対照を72hpiで固定し、DY96で染色して、ワーム胚および微胞子虫胞子を視覚化した(図1A)。感染した動物は小さく、多くの微胞子虫胞子を?…

Discussion

本プロトコールは、単純で遺伝的に扱いやすいN. parisii-C. elegans感染モデルにおける微胞子虫および遺伝性免疫の研究を記載する。

胞子調製は、生産性に応じて、典型的には6ヶ月間の実験に十分な胞子を生じる集中的なプロトコールである24。重要なことに、感染力は、実験に使用する前に、新しい胞子「ロット」ごとに決定されなければ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ウィニー・ジャオとイン・チェン・ワンが原稿について有益なコメントをくれたことに感謝しています。この研究は、カナダ自然科学工学研究評議会(Grant #522691522691)の支援を受けた。

Materials

2.0 mm zirconia beads Biospec Products Inc. 11079124ZX
10 mL syringe Fisher Scientific 1482613
5 μm filter Millipore Sigma SLSV025LS
Axio Imager 2 Zeiss Fluorescent microscope for imaging of DY96- and FISH- stained worms on microscope slides
Axio Zoom V.16 Fluorescence Stereo Zoom Microscope Zeiss For live imaging of fluorescent transgenic animals to visualize the IPR
Baked EdgeGARD Horizontal Flow Clean Bench Baker
Bead disruptor, Genie SI-D238 Analog Disruptor Genie Cell Disruptor, 120 V Global Industrial T9FB893150
Cell-VU slide, Millennium Sciences Disposable Sperm Count Cytometers Fisher Scientific DRM600
Direct Yellow 96 Sigma-Aldrich S472409-1G
EverBrite Mounting Medium with DAPI Biotium 23001
EverBrite Mounting Medium without DAPI Biotium 23002
Fiji/ImageJ software ImageJ https://imagej.net/software/fiji/downloads
Mechanical rotor Thermo Sceintific 415110 / 1834090806873 Used to spin tubes of bleached embryos for overnight hatching
MicroB FISH probe Biosearch Technologies Inc. Synthesized with a Quasar 570 (Cy3) 5' modification and HPLC purified, CTCTCGGCACTCCTTCCTG
N2 Wild-type, Bristol strain Default strain Caenorhabditis Genetics Center (CGC)
Sodium dodecyl sulfate (SDS) Sigma-Aldrich L3771-100G
Sodium hydroxide solution (5 N) Fisher Chemical FLSS256500
Sodium hypochlorite solution (6%) Fisher Chemical SS290-1
Stemi 508 Stereo Microscope Zeiss For daily maintenance of worms and counting of L1 worms for assay set ups
Tween-20 Sigma-Aldrich P1379-100ML
Vectashield + A16 Biolynx VECTH1500

References

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Cite This Article
Willis, A. R., Tamim El Jarkass, H., Reinke, A. W. Studying Inherited Immunity in a Caenorhabditis elegans Model of Microsporidia Infection. J. Vis. Exp. (182), e63636, doi:10.3791/63636 (2022).

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