Erfassen, Visualisieren und Quantifizierung der Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies in einem Modellsystem Amoeba
Summary
Wir geeignet einen Satz von Protokollen für die Messung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die in verschiedenen Amöben und Säugerzellmodellen für die qualitative und quantitative Untersuchungen angewendet werden können.
Abstract
Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) umfassen eine Reihe von reaktiven und kurzlebigen, sauerstoffhaltigen Moleküle, die dynamisch ineinander oder entweder katalytisch oder spontan eliminiert. Aufgrund der kurzen Lebensdauer der meisten ROS und der Vielfalt ihrer Quellen und subzellulärer Lokalisierungen kann ein vollständiges Bild nur durch sorgfältige Messungen mit einer Kombination von Protokollen erhalten werden. Hier präsentieren wir eine Reihe von drei verschiedenen Protokolle mit OxyBurst Green (OBG)-beschichteten Perlen oder Dihydroethidium (DHE) und Amplex UltraRed (AUR), qualitativ und quantitativ zu überwachen verschiedenen ROS in professionellen Phagozyten wie Dictyostelium. Wir optimierten die Perlen Beschichtungsverfahren und gebrauchten OBG-beschichteten Perlen und Live-Mikroskopie intraphagosomal ROS Generation auf Einzelzellebene dynamisch visualisieren. Wir identifizierten Lipopolysaccharid (LPS) aus E. coli als potenter Stimulator für ROS Generation in Dictyostelium. Darüber hinaus haben wir dntwickelt Echtzeit, Mitteldurchsatz-Assays mit DHE und AUR zur quantitativen Messung der intrazellulären Superoxid-und extrazellulären H 2 O 2-Produktion auf.
Introduction
Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) in einer Vielzahl von biologischen Prozessen wie der Wirtsabwehr, Signalisierung, Gewebeentwicklung und Reaktion auf eine Verletzung und Bluthochdruck und Krebs beteiligt. Die gut untersuchten phagosomalen NADPH-Oxidase-Maschinen, um eine schnelle ROS Generation, wie die oxidative burst bekannt gewidmet, um Bakterien in Neutrophilen 'Phagosomen 1 aufgenommen zu töten. Darüber hinaus wurde eine Leckage von Elektronen als ein Nebenprodukt der mitochondrialen Atmungskette bisher angenommen lediglich für eine ungeregelte Quelle von ROS sein. Aber vor kurzem wurde es als ein wichtiger Mechanismus, um intraphagosomal Abtötung von Bakterien in Maus-Makrophagen 2 beitragen identifiziert. In den letzten Jahren, die soziale Amöbe Dictyostelium, hat sich zu einem leistungsstarken und beliebten Modell zu Zelle intrinsischen Mechanismen der angeborenen Immunantwort zu untersuchen. Tatsächlich Dictyostelium und Menschenfresszellen teilen sich eine überraschend hohe Niveau der Erhaltung in molecular Maschinen für Bakterien erfassen, Einwirkung und Tötung 3,4 verantwortlich. Die Homologen von Proteinen und Enzymen, um die ROS-Produktion oder Entgiftung, wie NADPH-Oxidase, Katalase, Superoxiddismutasen stehen, kann sowohl in der Human-und Dictyostelium gefunden werden. Als die am besten untersuchten Amöbe Dictyostelium stellt mehrere einzigartige Vorteile gegenüber Säugermodellsystem. Sie wachsen bei Raumtemperatur ohne die Notwendigkeit für CO 2, mit einer Verdopplungszeit von 8-10 Stunden. Sie können leicht als adhärente oder Suspensionskulturen gehalten werden. Darüber hinaus dank ihrer vollständig sequenziert und annotierte haploiden Genom, und einfach genetische Manipulation, Dictyostelium hat sich zu einem sehr attraktiven experimentellen Modellorganismus.
In früheren Studien verschiedene chlorierte und fluorierte Derivate von Fluorescein-Fluoreszenz, die nach der Oxidation durch ROS emittieren (kollektiv als OxyBurst Grün, OBG bekannt), wurden als ROS-Reporter verwendet. Handy-permeant esterified Derivate zur zytoplasmatischen ROS zu messen, während die Zell-impermeante Dextran-oder Protein-gekoppelten Derivate zur extrazellulären ROS messen. Insbesondere haben OBG BSA-beschichteten Kügelchen bereits zur phagosomalen ROS-Produktion in Säugerzellen 5 zu erkennen. Allerdings kann die Mikroplatten-Reader-Ansatz geben nur eine gemittelte ROS Erzeugungskurve aus einer Population von Zellen. Mit der vorliegenden Protokolls unter Verwendung Dictyostelium, eine professionelle Phagozyten und optimierte Versuchsbedingungen erhalten wir stabile und effiziente Phagozytose ohne jede Konjugation Opsonin auf die Perlen. DHE in verschiedenen Modellsystemen, wie Säuger Neutrophilen und Makrophagen verwendet worden, um zu erkennen ROS 6-9. Inzwischen gibt es einige Kontroversen über die Spezifität und Sensitivität der Methode 8,10. Als verbesserte Version Amplex Red, der Fluoreszenzintensität von AUR weniger empfindlich auf pH-Wert, die es geeignet macht, um zu messenROS in nicht neutrale oder schwach sauren Milieus. AUR wurde kürzlich in mehreren Säugetiersystemen 11,12 aufgebracht, aber ihre Verwendung in Säuger-Modelle, die ziemlich oft erforderlich schwach sauren Wachstumsmedien, wurde noch nicht berichtet worden. Darüber hinaus gibt es keine veröffentlichten Protokoll quantitativ und dynamisch zu messen ROS-Produktion und Lokalisierung in der sozialen Amöbe Dictyostelium.
Das Ziel der dargestellte Satz von Protokollen ist, eine einfache und vielseitige Lösung für verschiedene ROS und deren Lokalisation überwachen und weitere Einblicke in ROS bezogenen zellulären Mechanismen. Für die OBG-Test, haben wir Live-Mikroskopie, um den gesamten Prozess der phagosomalen ROS Generation nach Aufnahme von OBG-beschichtete Beads Dictyostelium-Zellen zu überwachen, und ein neuer Ansatz, den Mechanismus der intraphagosomal Abtötung von Bakterien zu untersuchen. Wir haben mittel-Durchsatz DHE und AUR-Assays in Dictyostelium optimiert, um die intrazelluläre Superoxid messenide und extrazellulären H 2 O 2-Produktion, bzw. mit Hilfe LPS als potenter Stimulator ROS. Beachten Sie, dass LPS wurde kürzlich gezeigt, dass die bakterizide Aktivität von Dictyostelium Richtung Phagozytose Bakterien 13 zu erhöhen. Zusätzlich Behandlung mit DEDTC und Katalase ausdrücklich bestätigt, dass diese beiden Methoden speziell messen verschiedene Typen und subzellulärer Lokalisierungen von ROS in Dictyostelium. Schließlich kann der Test zur OBG anhaftendem phagozytische Zelle ferner opsonisierender der Kügelchen mit Liganden für die phagozytische Rezeptoren von tierischen Zellen angepasst werden. Im Prinzip können die DHE und AUR-Assays auch fein abgestimmt für Messungen in anhaftendem oder nicht-adhärenten Zell unter geeigneten experimentellen Bedingungen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Verfahren, das OBG-Assay visualisiert dynamisch den Prozess der phagosomalen ROS auf Einzelzellebene, anstelle der Messung einer durchschnittlichen ROS Signal von einer Population von Zellen. Solche Bevölkerungs-Mittelungsverfahren neigen dazu, wichtige Informationen von nicht-synchronen Phagozytose verursacht verschleiern. Wir haben erfolgreich DHE und AUR Assays Dictyostelium angepasst und optimiert die Protokolle. Am wichtigsten ist, wir die angegebenen Typen und subz…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir sind dankbar, dass Dr. Karl-Heinz Krause und Vincent Jaquet um Hilfe und Rat, diese Protokolle einzurichten, und danke auch Christoph Bauer und Jérôme Bosset vom Bioimaging Plattform des NFS und Dr. Navin Gopaldass für ihre technische Unterstützung. Die Forschung wird von einem ProDoc Erteilung des Schweizerischen Nationalfonds unterstützt.
Materials
| REAGENTS | |||
| OxyBURST Green H2HFF BSA | Invitrogen | O-13291 | |
| Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A-20004 | |
| Carboxylated silica beads | Kisker Biotech | PSi-3.0COOH | |
| HL5C medium | ForMedium | HLC0102 | |
| LoFlo medium | ForMedium | LF1001 | |
| Bacto agar | BD | 204010 | |
| Dihydroethidium | Sigma | 37291-25MG | |
| Amplex UltraRed | Invitrogen | A36006 | |
| Horseradish peroxidase | Roche | 10108090001 | |
| Diethyldithiocarbamate (DEDTC) | Sigma | D3506-100G | |
| Catalase | Sigma | C9322-1G | |
| Cyanamide | Sigma | 187364-25G | |
| Lipopolysaccharides | Sigma | L2630-25G | |
| EQUIPMENT | |||
| ibidi μ-Dish 35 mm, high | ibidi | 81156 | Bottom made of optically clear plastic |
| MatTek dish 35 mm | MatTek corporation | P35G-1.5-14-C | Bottom made of a glass coverslip |
| Scepter Cell Counter | Merck Millipore | PHCC00000 | |
| White 96 well plate | Nunc | 236108 | |
| Centrifuge | SORVALL | Legend RT | |
| Microplate reader | BioTek | Synergy Mx |
References
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