Bioluminescentie beeldvorming van NADPH-oxidase activiteit in verschillende diermodellen
Summary
NADPH oxidase is de belangrijkste bron van reactieve zuurstof species (ROS) in fagocyten. Vanwege de vluchtigheid van ROS is moeilijk te meten en te controleren ROS levels in levende dieren. Een minimaal invasieve methode voor seriële kwantificering van ROS in levende muizen beschreven.
Abstract
NADPH oxidase is een essentieel enzym dat antibacteriële en antifungale afweer medieert. Naast zijn rol in antimicrobiële afweer, NADPH oxidase verregaande signaalfuncties dat de ontstekingsreactie 1 moduleren. Aldus wordt de ontwikkeling van een meetmethode in "real-time" de kinetiek van NADPH oxidase afgeleide ROS productie verwacht een waardevol onderzoeksinstrument mechanismen relevant defensie, ontsteking en schade gastheer begrijpen.
Chronische granulomateuze ziekte (CGD) is een erfelijke aandoening van het NADPH oxidase gekenmerkt door ernstige infecties en overmatige ontsteking. Activering van de fagocyt NADPH oxidase heeft translocatie van de cytosolische subeenheden (p47 phox, p67 phox en p40 phox) en Rac een membraangebonden flavocytochrome (bestaande uit een Gp91 phox en p22 heterodimeer phox). Verliesvan functie mutaties in een van deze NADPH oxidase componenten resulteren in CGD. Vergelijkbaar met patiënten met CGD, Gp91 phox deficiënte muizen en p47 phox deficiënte muizen defect fagocyt NADPH oxidase activiteit en verminderde afweer 13, 14. Naast fagocyten die de NADPH oxidase bovenbeschreven componenten bevatten, een verscheidenheid aan andere celtypen expressie verschillende isovormen van NADPH oxidase.
Hier beschrijven we een werkwijze voor ROS productie kwantificeren levende muizen en de bijdrage van NADPH oxidase van ROS productie in modellen voor ontsteking en schade bakenen. Deze methode is gebaseerd op ROS reactie met L-012 (een analoog van luminol) om luminescentie die wordt geregistreerd door een charge-coupled device (CCD) uitstoten. In de oorspronkelijke beschrijving van de L-012 probe, werd L-012-afhankelijke chemiluminescentie afgeschaft door superoxide dismutase, wat aangeeft dat de voornaamste ROS gedetecteerd in deze reactie was superoxide anion 15. Latere studies hebben aangetoond dat L-012 kunnen andere vrije radicalen, inclusief reactieve stikstofverbindingen 16, 17 detecteren. Kielland et al. 17. Aangetoond dat topicale toediening van forbolmyristaatacetaat, een potente activator van NADPH oxidase, tot oxidase-afhankelijke ROS generatie die kon worden gedetecteerd in muizen met de luminescerende probe L-012 NADPH. In dit model toonden ze aan dat L-012-afhankelijke luminescentie werd afgeschaft phox p47 deficiënte muizen.
We vergeleken ROS productie in wildtype muizen en NADPH oxidase-deficiënte p47 phox / – muizen 2 in de volgende drie modellen: 1) intratracheale toediening van zymosan, een pro-inflammatoire schimmelcelwand afgeleid product dat NADPH oxidase kan activeren, 2) cecal ligatie en punctie (CLP), een model van intra-abdominale sepsis met secundaire acute longontsteking en de schade, en 3) orale tetrachloorkoolstof(CCl 4), een model van ROS-afhankelijke leverschade. Deze modellen zijn speciaal geselecteerd om NADPH oxidase-afhankelijke ROS productie evalueren in de context van niet-infectieuze ontsteking, sepsis polymicrobiële en toxine-geïnduceerde orgaanschade respectievelijk. Vergelijking bioluminescentie in wildtype muizen p47 phox / – muizen kunnen we bakenen de specifieke bijdrage van ROS gegenereerd door p47 phox bevattende NADPH oxidase de bioluminescent signaal in deze modellen.
Bioluminescentie resultaten die verhoogde niveaus ROS in wildtype muizen aangetoond vergeleken met p47 phox / – muizen aan dat NADPH oxidase is de belangrijkste bron van ROS productie in reactie op inflammatoire stimuli. Deze methode biedt een minimaal invasieve benadering voor "real-time" monitoring van ROS generatie tijdens ontsteking in vivo.
Protocol
Discussion
"Real-time" meting van reactieve zuurstof species (ROS) in levende dieren kan worden bereikt door gebruik van fluorescerende en chemiluminescerende probes. Terwijl fluorescerende probes last hebben van zwak signaal-ruisverhoudingen 12, de beschreven beeldvormende techniek is gevoelig voor detectie van lichtemissie na een chemische reactie van ROS met luminol gebaseerde ondergrond L-012. Zoals alle bioluminescent beeldvormingstechnieken, is deze werkwijze beperkt door golflengte afhankelijke licht ab…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door NIH RO1 AI079253 en Department of Veterans Affairs.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalog number | Comments |
| L-012 | Wako Chemicals USA, Inc. | 120-04891 | |
| Zymosan | Sigma, St. Louis, MO | Z4250 | |
| carbon tetrachloride | Sigma, St. Louis, MO | 289116 |
References
- Segal, B., Han, W., Bushey, J. NADPH oxidase limits innate immune response in the lungs in mice. PLoS ONE. 5, e9631 (2010).
- Jackson, S., Gallin, J., Holland, S. M. The p47phox mouse knock-out model of chronic granulomatous disease. J. Exp. Med. 182, 751-758 (1995).
- Gantner, B. N., Simmons, R. M., Underhill, D. M. Collaborative induction of inflammatory responses by dectin-1 and Toll-like receptor 2. J. Exp. Med. 197, 1107-1117 (2003).
- Dejager, L., Pinheiro, I., Libert, C. Cecal ligation and puncture: the gold standard model for polymicrobial sepsis. Trends Microbiol. 19, 198-208 (2011).
- Tsiotou, A. G., Sakorafas, G. H., Bramis, J. Septic shock; current pathogenetic concepts from a clinical perspective. Med. Sci. Monit. 11, 76-85 (2005).
- Fujii, T., Fuchs, B. C., Tanabe, K. K. Mouse model of carbon tetrachloride induced liver fibrosis: Histopathological changes and expression of CD133 and epidermal growth factor. BMC Gastroenterology. 10, 79-90 (2010).
- Kubo, H., Morgensterm, D., Doerschuk, C. M. Preservation of complement-induced lung injury in mice with deficiency of NADPH oxidase. J. Clin. Invest. 97, 2680-2684 (1996).
- Segal, B., Sakamoto, N., Bulkley, G. B. Xanthine oxidase contributes to host defense against Burkholderia cepacia in the p47(phox-/-) mouse model of chronic granulomatous disease. Infect Immun. 68, 2374-2378 (2000).
- Droge, W. Free radicals in the physiological control of cell function. Physiological reviews. 82, 47-95 (2002).
- Jones, D. Radical-free biology of oxidative stress. American journal of physiology. Cell physiology. 295, C849-C868 (2008).
- Hubbard, W. J., Choudhry, M., Chaudry, I. H. Cecal ligation and puncture. Shock. 24, 52-57 .
- Wardman, P. Fluorescent and luminescent probes for measurement of oxidative and nitrosative species in cells and tissues: progress, pitfalls, and prospects. Free Radic. Biol. Med. 43, 995-1022 (2007).
- Pollock, J. D., Williams, D. A., Gifford, M. A. Mouse model of X-linked chronic granulomatous disease, an inherited defect in phagocyte superoxide production. Nat. Genet. 9, 202-209 (1995).
- Aramaki, Y., Y, ., Yoshida, H. A new sensitive chemiluminescence probe, L-012, for measuring the production of superoxide anion by cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 193, 554-559 (1993).
- Daiber, A., Oelze, M., August, M. Detection of superoxide and peroxynitrite in model systems and mitochondria by the luminol analogue L-012. Free Radic. Res. 38, 259-269 (2004).
- Kielland, A., Blom, T., Nandakumar, K. S. In vivo imaging of reactive oxygen and nitrogen species in inflammation using the luminescent probe L-012. Free Radic. Biol. Med. 47, 760-766 (2009).
