Utilizzo di proteine ​​fluorescenti per monitorare Glycosome Dynamics in Tripanosoma africano

Summary

Glycosome dynamics in African trypanosomes are difficult to study by traditional cell biology techniques such as electron and fluorescence microscopy. As a means of observing dynamic organelle behavior, a fluorescent-organelle reporter system has been used in conjunction with flow cytometry to monitor real-time glycosome dynamics in live parasites.

Abstract

Trypanosoma brucei è un parassita che causa kinetoplastidi tripanosomiasi umana africana (HAT), o malattia del sonno, e una malattia devastante, nagana, nei bovini ^1. I supplenti parassita tra il sangue del mammifero ospite e la mosca tse-tse vettore. La composizione di molti organelli cellulari cambia in risposta a queste differenti condizioni extracellulari ^2-5.

Glycosomes perossisomi sono altamente specializzati in cui molti degli enzimi coinvolti nella glicolisi sono compartimenti stagni. Composizione cambia Glycosome in maniera evolutiva e regolamentato l'ambiente ^4-11. Attualmente, le tecniche più comuni utilizzate per studiare glycosome dinamiche sono elettroni e microscopia a fluorescenza; tecniche che sono costosi, tempo e lavoro, e non facilmente adattato alle analisi di throughput elevato.

Per superare queste limitazioni, un sistema reporter fluorescente-glycosome inche migliorato proteina fluorescente gialla (EYFP) si fonde a una sequenza di targeting dei perossisomi (PTS2), che dirige la proteina di fusione per glycosomes ^12, è stato istituito. Con l'importazione della proteina di fusione PTS2eYFP, glycosomes diventano fluorescenti. Degrado organello e risultati riciclaggio nella perdita di fluorescenza che può essere misurato mediante citometria a flusso. Un gran numero di cellule (5.000 cellule / sec) possono essere analizzati in tempo reale senza una preparazione del campione come la fissazione e il montaggio. Questo metodo offre un modo rapido di rilevare cambiamenti nella composizione organello in risposta alle mutevoli condizioni ambientali.

Introduction

Trypanosoma brucei causa la malattia africana sonno negli esseri umani e una malattia devastante, nagana, nei bovini. Farmaci utilizzati nel trattamento di queste malattie sono antiquate ed estremamente tossico, i vaccini non sono disponibili, e il potenziale di sviluppo di resistenza ai farmaci richieda l'ricerca di nuovi bersagli farmacologici ^1.

Durante il suo ciclo di vita, T. brucei, si alterna tra un insetto vettore e ospite mammiferi; due host che presentano molto diversi ambienti in cui il parassita deve sopravvivere. Una serie di cambiamenti metabolici e morfologici si verificano come il parassita è esposto a diverse condizioni ambientali. Alcuni dei cambiamenti più drammatici sono stati osservati in parassiti microcorpi specifici-single-membrana delimitata, chiamato glycosomes ^13.

I livelli di glucosio sono relativamente alti (~ 5 mm) nel sangue e parassiti del sangue (BSF) generano ATP esclusivamente attraverso wh glicolisimetabolismo mitocondriale ile è represso ^14. A differenza di altri eucarioti in cui glicolisi avviene nel citoplasma, T. brucei compartimentalizza maggior parte degli enzimi glicolitici in glycosomes ^14,15. I parassiti sono prese dalla mosca tse-tse durante un farine e sperimentare un calo di glucosio, che scende a livelli non rilevabili entro 15 min di essere ingerito dalla mosca. Il metabolismo di insetti, forma prociclico (PCF), parassiti è più flessibile e glucosio, nonché aminoacidi come prolina, possono essere utilizzati nella sintesi di ATP ^16-18. Studi di proteomica comparativi rivelano ciclo di vita variazioni dipendenti in glycosomal e proteine ​​mitocondriali con le proteine ​​glicolitici aumentato in parassiti del sangue e proteine ​​mitocondriali coinvolte nel ciclo TCA e catena respiratoria ^13,19. Mentre molti studi si sono concentrati sulle differenze tra BSF e glycosomes PCF, poco si sa circa i cambiamenti in glycosomes PCF che si verificano in risposta a envmodifiche ironmental.

Nel hindgut della mosca, i livelli di glucosio sono bassi con aumenti transitori nel corso di una alimentazione ^20. In più studi in vitro, i parassiti PCF vengono coltivate in terreni contenenti glucosio. Tuttavia, studi recenti hanno dimostrato che i cambiamenti del metabolismo PCF significativamente in risposta al glucosio disponibilità ^17. In assenza di glucosio, prolina captazione e prolina aumento deidrogenasi ^18. Questo cambiamento nel metabolismo mitocondriale è probabilmente accompagnato da un cambiamento nella composizione glycosome e morfologia, tuttavia, questo non è stato valutato direttamente.

Elettroni e microscopia a fluorescenza sono comuni tecniche utilizzate per studiare le dinamiche glycosome in T. brucei ^2,21-24. Questi protocolli sono tempo e lavoro, costoso e difficile adattarsi agli studi in tempo reale e protocolli ad alto rendimento. Per superare questa limitazione, un sistema reporter fluorescente-organello used per studiare organelli nei sistemi di mammiferi e di lievito è stata modificata per l'uso in T. brucei ^12.

Sistemi reporter fluorescente-organelli sono stati ampiamente utilizzati in eucarioti superiori come il lievito, piante e cellule di mammifero ^25-27. In tali sistemi, una proteina fluorescente è fuso ad una sequenza di amminoacidi che ha come bersaglio la proteina di organelli specifici. La degradazione o la sintesi delle proteine ​​target viene misurata tramite fluorescenza e cambiamenti nella composizione organelli sono riflesse dai cambiamenti nella fluorescenza delle cellule.

Quando la cornice di lettura aperta della proteina fluorescente gialla maggiore (EYFP) è fusa ad un perossisomica sequenza di targeting di tipo II (PTS2) ^12, la proteina PTS2eYFP viene importato in, glycosomes e fluorescenza di importazione-competente maturi può essere monitorato tramite citometria a flusso. Variazioni nella composizione glycosome sono riflesse dai cambiamenti nella fluorescenza cellulare. Questo sistema può aiutare a risolVing i meccanismi che regolano i cambiamenti provocati dall'ambiente in glycosome composizione.

Questo manoscritto descrive la generazione di un sistema glycosome giornalista in parassiti PCF in collaborazione con citometria a flusso per monitorare le dinamiche glycosome in tempo reale in parassiti vivi e fornisce un esempio di come è stato utilizzato per seguire cambiamenti nella composizione glycosome in risposta a diversi ambienti. In sintesi, glycosome composizione è influenzata dalla concentrazione di glucosio extracellulare e passaggio di culture log-fase in mezzi freschi innesca cambiamenti nella glycosome composizione. Questo sistema può essere modificato per studiare il comportamento dinamico di altri organelli in tripanosomi e altri parassiti.

Protocol

1. Generale Tripanosoma Zootecnica Pesare solidi per SDM79 preparazione supporti (Tabella 1). Conservare a 4 ° C in 50 ml conica o un sacchetto a chiusura ermetica. NOTA: I reagenti sono stabili per almeno 6 mesi. Scongelare siero fetale bovino (FBS) in un bagnomaria a 37 ° C, e mescolare periodicamente per inversione. NOTA: FBS viene ricevuto dal fornitore come una soluzione sterile. Filtro sterilizzante FBS riduce la sua capacità di sostenere la crescita del parassita…

Representative Results

In questo sistema, è stato osservato un cambiamento glucosio-dipendente glycosome composizione. Quando le cellule sono coltivate in terreni contenenti glucosio, si osservano due popolazioni; una luminosa e una dim (Figura 2A). Cellule Dim porto glycosomes immaturi, che non hanno importato la PTS2eYFP mentre le cellule luminose ospitano un mix di maturi e immaturi glycosomes 12. Quando il glucosio è presente nei media, mislocalization di glycosome proteine ​​è letale 15,28 e …

Discussion

Glycosomes sono,, organelli specifici del parassita dinamiche essenziali. I processi che regolano la biogenesi, la manutenzione, la proliferazione e rimodellamento di questi organelli probabilmente sono bersagli farmacologici che potrebbero essere sfruttati per scopi terapeutici. Nonostante l'elevato potenziale abbondanza di tali bersagli farmacologici, il campo di glycosome biogenesi è rimasta indietro lo studio dei processi simili in altri organismi, prevalentemente a causa della mancanza di un sistema high-throu…

Materials

Adenosine	Avocado Research Chemicals Ltd	A10781	SDM79 Ingredient
L-Alanine	Avocado Research Chemicals Ltd	A15804	SDM79 Ingredient
L-arginine	CalBiochem	1820	SDM79 Ingredient
p-aminobenzoic acid	ICN Biomedicals	102569	SDM79 Ingredient
Basal Medium Eagle Vitamin Solution (100X)	Sigma	B6891	SDM79 Ingredient
Biotin	Fisher	BP232-1	SDM79 Ingredient
Calcium Chloride	VWR	BDH0224	Cytomix
EDTA	Fisher	S311-100	Cytomix ingredient
EZNA Gel Extraction kit	Omega Biotek	D2500-01	DNA purifiation
Research grade Serum	Fisher	03-600-511	SDM79 Ingredient
Folic acid	ICN Biomedicals	101725	SDM79 Ingredient
Glucosamine HCl	ICN Biomedicals	194671	SDM79 Ingredient
Glucose	GIBCO	15023-021	SDM79 Ingredient
L-glutamine	CalBiochem	3520	SDM79 Ingredient
Glycerol	Acros Organics	Ac15892-0010	Freezing media
Graces insect cell media powder	GIBCO	11300-043	SDM79 Ingredient
Hemin	MP Biomedicals	194025	SDM79 Ingredient
Guanosine	Avocado Research Chemicals Ltd	A11328	SDM79 Ingredient
HEPES	MP Biomedicals	194025	SDM79 Ingredient
Magnesium Chloride	Fisher	BP214-500	Cytomix ingredient
L-methionine	Fisher	BP388-100	SDM79 Ingredient
MEM Amino Acids (50X)	Cellgro	25-030-CI	SDM79 Ingredient
NEAA Mixture (100X)	Lonza	13-114E	SDM79 Ingredient
Minimal Essential Medium (1X) with L-glutamine	Cellgro	10-010-CM	SDM79 Ingredient
MOPS	Fisher	BP308-500	SDM79 Ingredient
Sodium Biocarbonate	Fisher	S233-500	SDM79 Ingredient
Penicillin-Streptomycin Solution	Cellgro	30-002-CI	SDM79 Ingredient
L-phenylalanine	ICN Biomedicals	102623	SDM79 Ingredient
Potassium Chloride	Fisher	P217-500	Cytomix ingredient
Potassium Phosphate Dibasic Anhydrous	Fisheer	P290-212	Cytomix ingredient
L-proline	Fisher	BP392-100	SDM79 Ingredient
L-serine	Acros Organics	56-45-1	SDM79 Ingredient
Pyruvic acid, sodium salt	Acros Organics	113-24-6	SDM79 Ingredient
L-taurine	TCI America	A0295	SDM79 Ingredient
L-threonine	Acros Organics	72-19-5	SDM79 Ingredient
L-tyrosine	ICN Biomedicals	103183	SDM79 Ingredient
E.Z.N.A.Cycle Pure kit	Omega Biotek	D6492-02	DNA purification
Binding buffer	Omega Biotek	PDR041	DNA purification
SPW wash buffer	Omega Biotek	PDR045	DNA purification
Gene Pulser Xcell	Biorad	165-2660	Trypanosome transformation
4 mm electroporation cuvettes	VWR		Trypanosome transformation