RNA-Reinigung aus intrazellulär Grown<em> Listeria monocytogenes</em> In Makrophagenzellen
Summary
Here we describe a method for bacterial RNA isolation from Listeria monocytogenes bacteria growing inside murine macrophages. This technique can be used with other intracellular pathogens and mammalian host cells.
Abstract
Analysis of the transcriptome of bacterial pathogens during mammalian infection is a valuable tool for studying genes and factors that mediate infection. However, isolating bacterial RNA from infected cells or tissues is a challenging task, since mammalian RNA mostly dominates the lysates of infected cells. Here we describe an optimized method for RNA isolation of Listeria monocytogenes bacteria growing within bone marrow derived macrophage cells. Upon infection, cells are mildly lysed and rapidly filtered to discard most of the host proteins and RNA, while retaining intact bacteria. Next, bacterial RNA is isolated using hot phenol-SDS extraction followed by DNase treatment. The extracted RNA is suitable for gene transcription analysis by multiple techniques. This method is successfully employed in our studies of Listeria monocytogenes gene regulation during infection of macrophage cells 1-4. The protocol can be easily modified to study other bacterial pathogens and cell types.
Introduction
Die intrazelluläre bakterielle Erreger ─ Bakterien verursachen Infektionskrankheiten und in der Lage zu wachsen und in den Zellen von menschlichen Wirten Wiedergabe ─ sind ein großes Gesundheitsproblem weltweit 5. Um eindringen und zu replizieren in einer Säugerzelle, haben intrazelluläre Erreger anspruchsvolle Virulenzmechanismen und Faktoren erworben. Während diese Mechanismen grundlegender Bedeutung für die Fähigkeit sind, eine Krankheit zu verursachen, wissen wir wenig über ihre Regulation und Dynamik. Da Genexpressionsprofile von in flüssigen Medien gezüchtet Bakterien nicht die tatsächliche Umgebung, in Wirtszellen beziehen, gibt es einen wachsenden Bedarf an Transkriptom in ihren intrazellulären Nischen gewachsen von Bakterien analysiert. Solche Analysen werden die Entzifferung von spezifischen bakteriellen Anpassungen durch den Host ausgelöst ermöglichen und wird dazu beitragen, neue Ziele für therapeutische Design zu identifizieren. Transkriptom-Analyse von intrazellulär gewachsen Bakterien ist sehr anspruchsvoll, da Säuger RNA durch an bakterielle RNA-Überzahlmindestens das Zehnfache. In diesem Manuskript beschreiben wir eine experimentelle Methode bakterielle RNA von Listeria monocytogenes Bakterien zu isolieren innerhalb murine Makrophagen – Zellen wachsen. Die extrahierte RNA kann verwendet werden, intrazelluläre Anpassungen und Virulenzmechanismen von pathogenen Bakterien durch verschiedene Techniken von Transkriptionsanalyse, wie beispielsweise RT-PCR, RNA-Seq, Mikroarray und andere Hybridisierungs basierten Technologien zu studieren.
L. monocytogenes ist der Erreger der Listeriose beim Menschen eine Krankheit mit klinischen Manifestationen Targeting in erster Linie Personen mit geschwächtem Immunsystem, ältere Menschen und schwangere Frauen 6. Es ist ein Gram-positive fakultativ intrazelluläre Erreger , die eine breite Palette von Säugetierzellen befällt, die seit Jahrzehnten als ein Modell in der Wirt-Pathogen – Interaktionen 7 Studien verwendet wurden. Nach invasion, liegt es zunächst in einer Vakuole oder einem phagosome (im Falle von Phagozyten), von dem es in t entweichen müssener Gastgeber um Zellzytosol zu replizieren. Mehrere Virulenzfaktoren wurden 8 das Entweichen Prozess zu vermitteln gezeigt, in erster Linie die porenbildende Hämolysin, Listeriolysin O (LLO) und zwei zusätzliche Phospholipasen. Im Cytosol nutzen die Bakterien die Host – Aktin – Polymerisation Maschinen selbst auf Aktin – Filamenten innerhalb der Zelle zu treiben und von Zelle zu Zelle (1) zu verteilen. Alle wichtigen Virulenzfaktoren von L. monocytogenes beteiligt Invasion, intrazellulären Überleben und die Replikation, werden vom Master Virulenz Transkriptionsregulator aktiviert, PrfA. 8-10.
In den letzten zehn Jahren mehrere Studien , die von uns durchgeführt und haben andere Methoden zur Transkriptom – Analyse von intrazellulär gewachsenen Bakterien in Wirtszellen 2,11-15 erfolgreich angewendet. Zwei Hauptansätze sind verwendet, um bakterielle RNA von Wirt-RNA zu trennen, die basieren auf: 1) Selektive Anreicherung von bakterieller RNA und 2) RNA-Isolierung durch differenz Zell-Lyse. Der erste Ansatz beruht auf subtraktive Hybridisierung von Gesamt – RNA – Extrakten zu Säuger – RNA – Moleküle (beispielsweise kommerziell erhältlichen Kits) oder selektive Erfassung von bakteriellen transkribierte Sequenzen (SCOTS) 11. Der zweite Ansatz beruht auf differentiellen Lysis von Bakterien und Wirtszellen, in denen die Wirtszellen lysiert werden, während Bakterienzellen intakt bleiben. Bakterienzellen werden dann aus der Wirtszelle Lysat, üblicherweise durch Zentrifugation abgetrennt und die RNA Standardtechniken extrahiert werden. Das Hauptproblem mit diesem Ansatz ist, dass zusammen mit der intakten Bakterien-Wirtszellen Zellkerne sind ebenfalls isoliert, so dass die RNA-Präparationen noch Säuger RNA enthalten. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu überwinden, ist intakten Bakterien aus Wirtszellen Zellkerne unter Verwendung differentieller Zentrifugation zu trennen, obwohl dieses Verfahren in der Regel Zeit in Anspruch nimmt während der Extraktion das Anliegen von Veränderungen in Genexpressionsprofil zu erhöhen. In diesem Papier stellen wir eine verbesserte und schnelle bacteria RNA-Extraktion-Protokoll, das auf die Zelldifferential Lyse-Ansatz basiert. Zuerst L. monocytogenes Makrophagenzellen infiziert sind , mit kaltem Wasser lysiert. Als nächstes werden Makrophagen-Kerne werden durch eine kurze Zentrifugation entfernt und intakten Bakterien schnell auf Filtern gesammelt, aus dem RNA heißem Phenol-SDS-Extraktion bakterieller Nukleinsäuren isoliert werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das hier beschriebene Protokoll stellt ein optimiertes Verfahren zur Isolierung von bakteriellen RNA aus L. monocytogenes Bakterien intrazellulär in Makrophagen – Zellen wachsen. Dieses Protokoll basiert auf Zell Differential-Lyse und umfasst zwei Hauptschritte zur Anreicherung von bakterieller RNA: Makrophagen-Kerne Sedimentation mittels Zentrifugation und eine schnelle Ansammlung von Bakterien durch Filtration. Diese Schritte werden durch eine Standard-RNA-Extraktionsverfahren gefolgt. Während dieses Protok…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The research in the Herskovits lab is supported by 335400 ERC and R01A/109048 NIH grants.
Materials
| Listeria monocytogenes 10403S | 20 | ||
| Bone marrow derived macrophages prepared from C57B/6 female mice | 21 | ||
| H2O, RNAse free | Thermo Scientific | 10977-015 | DEPC-treated water can be used |
| DMEM | Gibco | 41965039 | |
| Glutamine | Gibco | 25030081 | |
| Sodium pyruvate | Gibco | 11360-088 | |
| b-Mercaptoethanol | Gibco | 31350010 | |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Gentamicin | Sigma-Aldrich | G1397 | |
| FBS | Gibco | 10270106 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline-PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Brain heart infusion (BHI) | Merckmillipore | 1104930500 | |
| Phenol saturated pH 4.3 | Fisher | BP1751I-400 | |
| Chloroform | Fisher | BP1145-1 | |
| Iso-amyl alcohol | Sigma-Aldrich | W205702 | |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | W302406 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | |
| DNaseI | Fermentas, | EN0521 | |
| SDS 10% | Sigma-Aldrich | L4522 | |
| Ethanol absolute | Merck Millipore | 1070174000 | |
| 37°C, 5% CO2 forced-air incubator | Thermo Scientific | Model 3111 | |
| Cell scrapers | Nunc | 179693 | |
| Kontes glass holder for 45 mm filters | Fisher | K953755-0045 | |
| MF-Millipore filters 45 mm, 0.45 µm | Merck Millipore | HAWP04700 | |
| SpeedVac system | Thermo Scientific | SPD131DDA | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | Model G560E | |
| NanoDrop | Thermo Scientific | ||
| 145 mm cell culture dishes | Greiner | 639 160 | |
| 1.7 ml tubes, RNase-free | Axygen | MCT-175-C | |
| 30°C incubator | Thermo Scientific | ||
| 65 °C heat block | Thermo Scientific | ||
| 4 °C table centrifuge | Eppendorf | 5417R | |
| Sterile pipettes, 25 ml | Greiner | ||
| Falcon tubes, 50 ml | Greiner | ||
| Liquid nitrogen |
Referências
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