Um modelo de rato para induzida por patógeno inflamação crônica no local e sistêmica Sites
Summary
Os modelos animais provaram ser ferramentas valiosas para a definição de acolhimento e de patógenos mecanismos específicos que contribuem para o desenvolvimento da inflamação crônica. Aqui nós descrevemos um modelo do rato de infecção oral com o patógeno humano Porphyromonas gingivalis e metodologias detalhe para avaliar a progressão da inflamação em sites locais e sistêmicos.
Abstract
A inflamação crônica é um importante motor de danos no tecido patológico e uma característica unificadora de muitas doenças crônicas em seres humanos, incluindo neoplásicas, auto-imunes e doenças inflamatórias crônicas. Emergentes evidência implica inflamação crônica induzida por patógeno no desenvolvimento e progressão de doenças crônicas com uma grande variedade de manifestações clínicas. Devido à etiologia complexa e multifatorial da doença crônica, projetar experimentos para a prova do nexo de causalidade e do estabelecimento de relações mecanicistas é quase impossível em humanos. Uma vantagem da utilização de modelos animais, é que ambos os factores genéticos e ambientais que podem influenciar o curso de uma doença particular pode ser controlada. Assim, projetar modelos animais relevantes de infecção representa um passo fundamental na identificação de acolhimento e de patógenos mecanismos específicos que contribuem para a inflamação crônica.
Aqui nós descrevemos um modelo de mouse induzida por patógeno Infla crônicammation em sites locais e sistêmicos após a infecção com o patógeno Porphyromonas gingivalis via oral, uma bactéria estreitamente associada à doença periodontal humano. A infecção oral de agentes patogénicos específicos de ratos livre induz uma resposta inflamatória local, resultando na destruição de dente de apoio do osso alveolar, uma marca da doença periodontal. Em um modelo de camundongo estabelecido de aterosclerose, infecção com P. gingivalis acelera deposição de placas inflamatórias dentro da artéria inominada e sinus aórtico, acompanhado por activação do endotélio vascular, a um aumento da infiltração de células imunitárias, e a expressão elevada de mediadores inflamatórios em lesões. Nós metodologias detalhe para a avaliação da inflamação em sites locais e sistêmicos. O uso de camundongos transgênicos e bactérias mutantes definidos torna este modelo particularmente adequado para identificar tanto o hospedeiro e os fatores microbianos envolvidos na iniciação, progressão e evolução da doença. Adicionalmente podey, o modelo pode ser utilizado para o rastreio de novas estratégias terapêuticas, incluindo a vacinação e a intervenção farmacológica.
Introduction
A inflamação crônica é um importante motor de danos no tecido patológico e uma característica unificadora de muitas doenças crônicas em seres humanos. Estas doenças neoplásicas incluem, auto-imunes, doenças inflamatórias crónicas e um. A etiologia de muitas doenças crônicas ainda não está claro, mas entende-se complexa e multifatorial, envolvendo tanto a predisposição genética ea introdução de fatores ambientais. Enquanto os perpetuadores da inflamação permanecem ainda desconhecidos, os perfis celulares e moleculares da ativação imune sobrepõem consideravelmente com esses padrões observados na resposta do hospedeiro a patógenos 2.
Evidências crescentes implica a infecção por patógenos microbianos no desenvolvimento e na progressão da inflamação crônica e suas diversas manifestações clínicas 2,3. Patógenos podem induzir e manter a inflamação crônica diretamente por subverter o sistema imune do hospedeiro e infecções persistentes <sup> 4. Na ausência de persistência microbiana, a infecção pode precipitar a inflamação crônica de reações auto-imunes desencadeadas por mimetismo molecular para auto-antígenos, mudanças na auto-antígenos que os tornam imunogênica, ou dano que libera antígenos do hospedeiro previamente mascarados. Raramente no entanto ter patogénios específicos foram identificados como a causa de uma doença universal crónica particular. Em vez disso, a maioria dos dados disponíveis sugere que os patógenos usar mecanismos distintos para provocar inflamação crônica com um amplo espectro de manifestações clínicas e evolução das doenças no hospedeiro geneticamente suscetível 3. Assim, uma compreensão detalhada dos mecanismos pelos quais os patógenos específicos induzem a inflamação crônica pode ter implicações importantes para a saúde pública, bem como tratamento e prevenção de muitas doenças crônicas.
Embora os mecanismos específicos do hospedeiro e do patógeno que contribuem para a indução e manutenção da inflamação crónica estámal compreendida, os avanços na modelagem de inflamação crônica induzida por patógeno começaram a promover nossa compreensão desses processos. O P. gingivalis modelo de infecção oral é um rato modelo único, bem caracterizada de inflamação crônica induzida por patógeno que permite a análise de acolhimento e de patógenos mecanismos específicos que contribuem para a inflamação crônica no local (perda óssea bucal) e sítios sistêmicos (aterosclerose) 5,6.
P. gingivalis é, um agente patogénico bucal anaeróbio Gram-negativas implicadas na doença periodontal humano, uma doença inflamatória crónica impulsionado-infecção caracterizada pela destruição de tecidos de suporte dos dentes 7. Além de patologia no local inicial da infecção, evidências acumuladas implica P. gingivalis induzida por inflamação crônica no desenvolvimento e progressão de doenças sistêmicas, incluindo a aterosclerose 5, uma doença caracterizada por inflammatio crônican da parede do vaso arterial. A infecção oral de-patógeno específico camundongos livre com P. gingivalis induz uma resposta inflamatória local, que resulta na destruição de osso alveolar de suporte do dente 8. p gingivalis pode ser recuperado das bocas de camundongos infectados até 42 dias após a infecção e 8 ratos desenvolver altos níveis de anticorpos séricos títulos específicos do micróbio 9. Em um modelo de camundongo estabelecido de aterosclerose utilizando-apolipoproteína E – / – murganhos (ApoE – / -), a infecção com P. bucal gingivalis induz inflamação crônica que leva a deposição de placa inflamatória dentro do seio da aorta 10 e 11 da artéria inominada. Inflamação progressiva dentro da artéria inominada P. gingivalis infectados camundongos pode ser monitorado em animais vivos, usando ressonância magnética in vivo. Histologicamente, as lesões arteriais de P. gingivalis infectados camundongos apresentam maior acúmulo de lipídios acomnhado por activação do endotélio vascular, um aumento infiltrado de células imunitárias, e a expressão elevada de mediadores inflamatórios 12. A utilização deste modelo em ratinhos knockout elucidou o papel de elementos de sinalização de acolhimento e de mediadores inflamatórios, assim como a célula de interacções específicas que dirigem P. gingivalis induzida imunopatologia 12-14. Além disso, as experiências utilizando mutantes bacterianas definidas identificaram P. crítico gingivalis fatores de virulência que contribuem para a inflamação crônica em sites locais e sistêmicos 15.
Este artigo detalha metodologias para a avaliação de P. gingivalis induzida por inflamação crônica em sites locais e sistêmicos. Nós fornecer um protocolo detalhado para a análise de perda de osso alveolar por microCT usando software Amira. Além disso, definimos a utilidade da série in vivo MRI animal vivo para a avaliação da progressiva eminflamação dentro da artéria inominada. Nós incluem metodologias para a visualização e quantificação de placa inflamatória em lesões arteriais, e descrever sua caracterização histológica. O uso de camundongos transgênicos e bactérias mutantes definidos torna este modelo particularmente adequado para identificar tanto o hospedeiro e os fatores microbianos envolvidos na iniciação, progressão e evolução da doença. Além disso, o modelo pode ser utilizado para o rastreio de novas estratégias terapêuticas, incluindo a vacinação e a intervenção farmacológica.
Protocol
Representative Results
Discussion
O P. gingivalis modelo infecção oral proporciona uma ferramenta valiosa para o estudo da inflamação crônica induzida por patógeno em sites locais e sistêmicos. Este modelo único permite a caracterização de ambos os mecanismos específicos de acolhimento e de patógenos que contribuem para a inflamação crônica e imunopatologia. Além disso, o modelo pode ser utilizado para o rastreio de novas estratégias terapêuticas, incluindo a imunização e a intervenção farmacológica. Os passos descritos n…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas Grant P01 A1078894 para CAG
Materials
| Name of the Material/Eqiupment | Company | Catalogue Number | Comments |
| Amira analysis software | Visualization Sciences Group | ||
| Anaerobic chamber DW Scientific Model MG500 | Microbiology International | ||
| BHI | Becton-Dickinson | 211059 | |
| Hemin | Sigma-Aldrich | 51280-5G | |
| Menadione (Vitamin K) | Sigma-Aldrich | M5625-25G | |
| Yeast Extract | Becton-Dickinson | 212750 | |
| Carboxymethyl cellulose (medium viscocity) | Sigma-Aldrich | C-4888 | |
| Sulfamethoxazole and Trimethoprim Oral Suspension 200 mg/40 mg per 5ml | Hi-Tech Pharmacal | NDC 50383-823-16 | |
| μCT 40 | Scanco | ||
| HistoChoice Tissue Fixative | Sigma-Aldrich | H2904 | |
| Sudan IV | Sigma-Aldrich | S4261-25G | |
| vertical-bore 11.7T Avance spectrometer | Bruker | ||
| Paravision | Paravision | ||
| ImageJ | NIH | ||
| rat anti-mouse F4/80 | Serotec | MCA497R | |
| rat anti-mouse TLR2 | eBioscience | 13-9021-80 | |
| Leica S4 Dissecting Scope | Leica | ||
| Microm HM 550 Cryostat | Microm |
References
- Nathan, C., Ding, A. Nonresolving Inflammation. Cell. 140 (6), 871-882 (2010).
- Karin, M., Lawrence, T., Nizet, V. Innate immunity gone awry: linking microbial infections to chronic inflammation and. 124, 823-835 (2006).
- Connor, S. M., Taylor, C. E., Hughes, J. M. Emerging infectious determinants of chronic diseases. Emerging Infectious Diseases. 12 (7), 1051-1057 (2006).
- Barth, K., Remick, D. G., Genco, C. A. Disruption of immune regulation by microbial pathogens and resulting chronic inflammation. Journal of Cellular Physiology. , (2012).
- Hayashi, C., Gudino, C. V., Gibson, F. C., Genco, C. A. Review: Pathogen-induced inflammation at sites distant from oral infection: bacterial persistence and induction of cell-specific innate immune inflammatory pathways. Molecular Oral Microbiology. 25 (5), 305-316 (2010).
- Gibson, F. C., Ukai, T., Genco, C. A. Engagement of specific innate immune signaling pathways during Porphyromonas gingivalis induced chronic inflammation and atherosclerosis. Frontiers in Bioscience: a Journal and Virtual Library. 13, 2041-2059 (2008).
- Pihlstrom, B. L., Michalowicz, B. S., Johnson, N. W. Periodontal diseases. Lancet. 366 (9499), 1809-1820 (2005).
- Baker, P. J., Evans, R. T., Roopenian, D. C. Oral infection with Porphyromonas gingivalis and induced alveolar bone loss in immunocompetent and severe combined immunodeficient mice. Archives of Oral Biology. 39 (12), 1035-1040 (1994).
- Baker, P. J., Carter, S., Dixon, M., Evans, R. T., Roopenian, D. C. Serum antibody response to oral infection precedes but does not prevent Porphyromonas gingivalis-induced alveolar bone loss in mice. Oral Microbiology and Immunology. 14 (3), 194-196 (1999).
- Gibson, F. C., Hong, C., et al. Innate immune recognition of invasive bacteria accelerates atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Circulation. 109 (22), 2801-2806 (2004).
- Hayashi, C., Viereck, J., et al. Porphyromonas gingivalis accelerates inflammatory atherosclerosis in the innominate artery of ApoE deficient mice. Atherosclerosis. 215 (1), 52-59 (2011).
- Hayashi, C., Madrigal, A. G., et al. Pathogen-mediated inflammatory atherosclerosis is mediated in part via Toll-like receptor 2-induced inflammatory responses. Journal of Innate Immunity. 2 (4), 334-343 (2010).
- Hayashi, C., Papadopoulos, G., et al. Protective role for TLR4 signaling in atherosclerosis progression as revealed by infection with a common oral pathogen. Journal of Immunology (Baltimore, Md.: 1950). 189 (7), 3681-3688 (2012).
- Papadopoulos, G., Weinberg, E. O., et al. Macrophage-Specific TLR2 Signaling Mediates Pathogen-Induced TNF-Dependent Inflammatory Oral Bone Loss. The Journal of Immunology. , (2012).
- Gibson, F. C., Hong , C., et al. Innate immune recognition of invasive bacteria accelerates atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Circulation. 109 (22), 2801-2806 (2004).
- Miyamoto, T., Yumoto, H., Takahashi, Y., Davey, M., Gibson, F. C., Genco, C. A. Pathogen-accelerated atherosclerosis occurs early after exposure and can be prevented via immunization. Infection and Immunity. 74 (2), 1376-1380 (2006).
- Baker, P. J., Dixon, M., Roopenian, D. C. Genetic control of susceptibility to Porphyromonas gingivalis-induced alveolar bone loss in mice. Infection and Immunity. 68 (10), 5864-5868 (2000).
- Baker, P. J., Dixon, M., Evans, R. T., Roopenian, D. C. Heterogeneity of Porphyromonas gingivalis strains in the induction of alveolar bone loss in mice. Oral Microbiology and Immunology. 15 (1), 27-32 (2000).
- Daugherty, A. Mouse models of atherosclerosis. The American Journal of the Medical Sciences. 323 (1), 3-10 (2002).
- Weinreb, D. B., Aguinaldo, J. G. S., Feig, J. E., Fisher, E. A., Fayad, Z. A. Non-invasive MRI of mouse models of atherosclerosis. NMR in Biomedicine. 20 (3), 256-264 (2007).
