사용 하 여 터미널 전이 효소 중재 dUTP 닉 끝-라벨 (TUNEL) 및 Caspase 3/7 Chytridiomycosis와 개구리에 측정 상피 세포 죽음을 분석 실험
Summary
우리는 두 가지 방법을 사용 하 여 chytridiomycosis와 개구리에서 상피 세포 죽음 계량. 먼저, 터미널 전이 효소 중재 dUTP 닉 끝 라벨 (TUNEL) 제자리에서 조직학 사용 하 여 임상적으로 감염 되 고 감염 되지 않은 동물 간의 차이 확인 하려면. 둘째, 우리는 caspase 3/7 단백질 분석을 사용 하 여 감염을 통해 apoptosis의 시간 시리즈 분석을 실시 합니다.
Abstract
양서류 세계적으로 생물 다양성에 큰 손실을 겪고 그리고 주요 원인 중 하나 전염병 chytridiomycosis. 이 병은 곰 팡이 병원 균 Batrachochytrium dendrobatidis (Bd), 감염 하 고 개구리 표 피;를 방해에 의해 발생 그러나, 병 적인 변화는 계속 명시적으로 특징 되지. Apoptosis (프로그램 된 세포 죽음) 호스트 조직 손상에 병원 균에 의해 사용할 수 있습니다 하지만 병원 체 제거에 대 한 질병 저항의 호스트 메커니즘을 수도 있습니다. 이 연구에서 우리는 두 개의 서로 다른 분석 실험을 사용 하 여 감염 되 고 감염 되지 않은 동물의 표 피 세포 죽음 계량: 터미널 전이 효소 중재 dUTP 닉 끝-라벨 (TUNEL) 및 caspase 3/7. 사용 하, 등, 복 부 및 허벅지 피부 조직을 TUNEL 분석 결과에 우리가 관찰 세포 죽음 표 피 세포에는 제자리에서 임상적으로 감염 된 동물의 고 형광 현미경 검사 법을 사용 하 여 감염 되지 않은 동물 세포 죽음을 비교. 표 피에서 apoptosis 수준 감염의 과정을 통해 변경 하는 방법을 결정 하기 위해 우리는 8 주 동안 격주 발가락 끝 샘플을 제거 하 고 추출 된 단백질 caspase 3/7 분석 결과 사용 하 여 샘플 내에서 활동을 계량. 우리는 다음 감염 부하 caspase 3/7 활동을 상관 관계. TUNEL 분석 결과 세포 죽음에서 제자리에서의 지역화에 대 한 유용 하지만 비용과 시간 샘플 당 집중. Caspase 3/7 분석 결과 큰 샘플 크기와 시간에 대 한 효율적인 실험 과정. 그러나, 개구리 발가락 팁 biopsies 작기 때문에 있다 제한 추출 샘플 표준화 Bradford 분석 실험과 같은 단백질 정량화 방법을 통해 사용할 수 있습니다. 따라서, 피부 표면 영역 샘플 표준화 동안 추출 물을 사용 하지 않으려면 발가락 biopsies의 사진 분석을 통해 추정 하는 것이 좋습니다.
Introduction
양서류는 현재 발생 하나 모든 척추 동물 taxa1의 세계 생물 다양성의 가장 큰 손실. 이러한 하락의 주요 원인 치명적인 피부 질병 chytridiomycosis, Batrachochytrium dendrobatidis, Bd2곰 팡이 병원 균에 의해 발생 이다. 병원 체는 표면적으로 표 피, 피부 기능 심한 전해질 손실, 심장 마비, 그리고 사망3결과의 중단으로 이어질 수 있는 감염. Bd 에 대 한 다양 한 잠재적인 호스트 면역 메커니즘은 현재 공부 되 고, 항균 성 펩 티 드4,5, 피부 세균 식물6,8, 면역 세포의 수용 체7, 그리고 림프 구 활동9,10. 그러나, 몇 가지 연구는 상피 apoptosis와 세포 죽음은이 치명적인 병원 체에 대 한 면역 메커니즘을 탐구 한다.
세포 죽음, apoptosis (프로그램 된 세포 죽음) 또는 괴 사 (unprogrammed 죽음), 표 피에서 통해 Bd 감염의 병리학을 있을 수 있습니다. 이전 연구 Bd 감염 세포내 접합의 피부 explants zoospore supernatants 생체 외에서11. 에 노출 되는 때 관찰 하기 때문에 apoptosis를 유도 수 있습니다 하는 것을 건의 한다. 또한, Bd에 퇴행 성 상피 변화-감염 된 개구리 전자 현미경12,13를 사용 하 여 관찰 된다. Transcriptomic 분석 나타냅니다 apoptosis 경로 감염 된 피부14, upregulated 양서류 splenocytes 그들은 체 외에서 Bd supernatants15에 노출 되 면 apoptosis를 받 다. Bd 를 일으킬 수 있는 제안 하는 증거의 증가 볼륨에도 불구 하 고 apoptosis와 호스트 죽음 생체 외에서 vivo에서 연구에 하거나 감염의 진행을 통해 메커니즘 부족 apoptosis를 계량 하는 세포. 또한, 그것 아니다 알려진 호스트 Bd 감염을 방지 하기 위해 면역 방어 전략으로 apoptosis를 사용 하는 경우 또는 apoptosis 질병의 병 리.
이 연구에서 우리가 감염된 동물에서 vivo에서 두 가지 방법을 사용 하 여 표 피 세포 죽음 및 apoptosis를 감지 목적: caspase 3/7 단백질 분석 결과, 및 터미널 전이 효소 중재 dUTP 닉 끝 라벨 (TUNEL) 현장에서 시험. 각 분석 결과 감지 세포 죽음16의 다른 측면, 함께 이러한 방법을 세포 죽음에 관련 된 메커니즘의 완전 한 이해를 제공 하 고 효과의 정확한 측정을 보장. Caspase 3/7 분석 결과 단정 이펙터 caspases 3, 7, 내장 및 외부 apoptosis 경로의 정량화를 가능 하 게의 활동. 반면, TUNEL 분석 결과 검색 DNA 파편, apoptosis, 괴 사 및 pyroptosis17를 포함 하 여 세포 죽음 메커니즘에 의해 발생 합니다. TUNEL 분석 결과 사용 하 여 세 가지 다른 피부 섹션을 사용 하 여 모두 임상적으로 감염 되 고 감염 되지 않은 동물의 표 피 내 세포 죽음의 위치를 조사 하는 우리: 고 등는 venter와 Pseudophryne 코의 허벅지. 이 메서드는 특정 상피 층 내에서 위치를 구별 뿐만 아니라 세포 죽음의 해 부 사이트를 식별 합니다. 우리는 다음 caspase 3/7 분석 결과 사용 하 여 Litoria verreauxii alpina에 8 주 감염을 통해 apoptosis의 시간 시리즈 정량화를 수행. 우리 같은 동물에서 발가락 끝 샘플을 격주 걸릴 고 caspase 3/7 활동 병원 체 감염 부하를 연결할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 표 피 apoptosis와 세포 죽음의 치명적인 질병 chytridiomycosis 병리학 또는 Bd 취약 종에 질병 저항 메커니즘의 잠재적인 메커니즘으로 탐험. 우리 세포 죽음 표 피, 표 피 세포 죽음 분석, 현장에 대 한 분석 결과 TUNEL 및 감염의 진행을 통해 표 피 세포 죽음을 모니터링을 위한 caspase 3/7 분석 결과 평가의 두 가지 방법을 사용 합니다. 우리는 세포 죽음 및 apoptosis 감염 부하와 상관은 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리 축산 및 데이터 수집 지원 다음과 같은 사람들에 게 감사: D. Tegtmeier, C. 드 종, J. 호크스, K. Fossen, S. 퍼시벌, M. 맥 윌리엄스, L. Bertola, M., 명 Harney, 스튜어트와 T. Knavel; 그리고 해와 지원에 대 한 M. Merces입니다. 우리 또한 M. 맥 퍼 든, 피 할로 타롱가 동물원 alpina v. L., 양육에 대 한 G. Marantelli P. 코양육에 대 한 감사 하 고 싶습니다. F. Pasmans, A. 마 텔 apoptosis 분석 실험, C. 콘스탄틴, A. Kladnik, R. Webb TUNEL 분석 결과, 지원에 대 한 조언 감사 그리고 T. Emeto와 W. Weßels에 대 한 프로토콜 및 caspase 3/7 분석 결과 대 한 키트 도움이. 이 원고와 프로토콜은 Brannelly 외 2017 피어 J22. 에서 적응
Materials
| POLARstar Omega | BMG Labtech | Luminescent plate reader | |
| 384 well flat clear bottom plate | Corning | 3707 | |
| 384 well low flange white flat bottom plate | Corning | 3570 | |
| Agar Bacteriological (Oxoid) | Fisher | OXLP0011B | |
| Formal-Fixx 10% Neutral Buffered Formalin | Fisher | 6764254 | |
| Lactose Broth (Oxoid) | Fisher | OXCM0137B | |
| Sodium Bicarbonate | Fisher | BP328-500 | |
| Tricane-S (MS-222) | Fisher | NC0872873 | |
| Tryptone | Fisher | BP1421-500 | |
| Bovine Serum Albumin | Invitrogen | 15561020 | |
| Sterile rayon swab | Medical Wire & Equipment | MW-113 | |
| ApopTag Red In Situ Apoptosis Detection Kit | Merck Millipore | S7165 | |
| Coomassie Bradford reagent | Pierce | 23200 | |
| Caspase Glo 3/7 | Promega | G8090 | |
| HEPES buffer | Sigma Aldrich | H0887-20ML | |
| Magnesium chloride | Sigma Aldrich | 1374248-1G | |
| Gelatin hydrolysate Enzymatic | Sigma-Aldrich | G0262 | |
| PBS (Phosphate Buffered Saline), pH 7.2 (1X) | Thermo/Life | 20-012-043 | |
| Prepman | Thermo/Life | 4318930 | |
| TaqMan Fast Advanced Master Mix | ThermoFisher | 4444556 | |
| Parafilm | Bemis | PM996 | |
| Clorox bleach | Clorox | ||
| Ethanol, 200 Proof, Molecular Grade | Fisher | BP2818500 | |
| ZEISS Axio Scan florescent miscroscope | Carl Zeiss | Florescent microscope | |
| 3.2mm stainless steel beads | BioSpec | 11079132SS | |
| Primer ITSI-3 Chytr (5′-CCTTGATATAATACAGTGTGCCATATGTC-3′) | Taqman | Individual design for primers and probe | |
| Primer 5.8S Chytr (5′-TCGGTTCTCTAGGCAACAGTTT-3′) | Taqman | Individual design for primers and probe | |
| Minor groove binder probe Chytr MGB2(5′-CGAGTCGAAC-3′) | Taqman | Individual design for primers and probe | |
| Rotor-Gene qPCR Instruments | Qiagen | qPCR machine | |
| Microcentrifuge tubes 1.5ml | Fisher | 02-681-372 | |
| Cell culture petri plates | Nunc | 263991 | |
| Mini-beadBeater Zircornia-Silicate Beads, 0.5mm | BioSpec | 11079105Z |
Referências
- Stuart, S. N., et al. Status and trends of amphibian declines and extinctions worldwide. Science. 306 (5702), 1783-1786 (2004).
- Skerratt, L. F., et al. Spread of chytridiomycosis has caused the rapid global decline and extinction of frogs. EcoHealth. 4, 125-134 (2007).
- Voyles, J., et al. Pathogenesis of chytridiomycosis, a cause of catastrophic amphibian declines. Science. 326 (5952), 582-585 (2009).
- Woodhams, D. C., et al. Population trends associated with skin peptide defenses against chytridiomycosis in Australian frogs. Oecologia. 146 (4), 531-540 (2006).
- Woodhams, D. C., Voyles, J., Lips, K. R., Carey, C., Rollins-Smith, L. A. Predicted disease susceptibility in a Panamanian amphibian assemblage based on skin peptide defenses. Journal of Wildlife Diseases. 42 (2), 207-218 (2006).
- Woodhams, D. C., Rollins-Smith, L. A., Alford, R. A., Simon, M. A., Harris, R. N. Innate immune defenses of amphibian skin: antimicrobial peptides and more. Animal Conservation. 10, 425-428 (2007).
- Savage, A. E., Zamudio, K. R. MHC genotypes associate with resistance to a frog-killing fungus. PNAS. 108 (40), 16705-16710 (2011).
- Bataille, A., et al. Susceptibility of amphibians to chytridiomycosis is associated with MHC class II conformation. Proceeding of the Royal Society B. 282, 20143127 (2015).
- Fites, J. S., Reinert, L. K., Chappell, T. M., Rollins-Smith, L. A. Inhibition of local immune responses by the frog-killing fungus Batrachochytrium dendrobatidis. Infection and Immunity. 82 (11), 4698-4706 (2014).
- Brannelly, L. A., Webb, R. J., Skerratt, L. F., Berger, L. Effects of chytridiomycosis on hematopoietic tissue in the spleen, kidney and bone marrow in three diverse amphibian species. Pathogens and Disease. 74 (7), ftw069 (2016).
- Brutyn, M., et al. Batrachochytrium dendrobatidis zoospore secretions rapidly disturb intercellular junctions in frog skin. Fungal Genetics and Biology. 49 (10), 830-837 (2012).
- Berger, L., Hyatt, A. D., Speare, R., Longcore, J. E. Life cycle stages of the amphibian chytrid Batrachochytrium dendrobatidis. Diseases of Aquatic Organisms. 68 (1), 51-63 (2005).
- Pasmans, F., et al. Chytridiomycosis related mortality in a midwife toad (Alytes obstetricans) in Belgium. Vlaams Diergeneeskundig Tijdschrift. 79 (6), 460-462 (2010).
- Ellison, A. R., et al. More than skin deep: Functional genomic basis for resistance to amphibian chytridiomycosis. Genome Biology and Evolution. 7 (1), 286-298 (2014).
- Fites, J. S., et al. The invasive chytrid fungus of amphibians paralyzes lymphocyte responses. Science. 342 (6156), 366-369 (2013).
- Galluzzi, L., et al. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring cell death in higher eukaryotes. Cell Death and Differentiation. 16 (8), 1093-1107 (2009).
- Kelly, K. J., Sandoval, R. M., Dunn, K. W., Molitoris, B. A., Dagher, P. C. A novel method to determine specificity and sensitivity of the TUNEL reaction in the quantitation of apoptosis. American Journal of Cell Physiology. 284 (5), C1309-C1318 (2003).
- Boyle, D. G., Boyle, D. B., Olsen, V., Morgan, J. A. T., Hyatt, A. D. Rapid quantitative detection of chytridiomycosis (Batrachochytrium dendrobatidis) in amphibian samples using real-time Taqman PCR assay. Diseases of Aquatic Organisms. 60 (2), 141-148 (2004).
- Brannelly, L. A., Webb, R., Skerratt, L. F., Berger, L. Amphibians with infectious disease increase their reproductive effort: evidence for the terminal investment hypothesis. Open Biology. 6 (6), 1-24 (2016).
- Webb, R., Mendez, D., Berger, L., Speare, R. Additional disinfectants effective against the amphibian chytrid fungus Batrachochytrium dendrobatidis. Diseases of Aquatic Organisms. 74 (1), 13-16 (2007).
- Woods, A., Ellis, R. . Laboratory Histopathology: A Complete Reference. , (1994).
- Brannelly, L. A., Roberts, A. A., Skerratt, L. F., Berger, L. Epidermal cell death in frogs with chytridiomycosis. PeerJ. 5, e2925 (2017).
