포유 동물 세포에 기능 세균 이펙터의 전기
Summary
Electroporation was used to insert purified bacterial virulence effector proteins directly into living eukaryotic cells. Protein localization was monitored by confocal immunofluorescence microscopy. This method allows for studies on trafficking, function, and protein-protein interactions using active exogenous proteins, avoiding the need for heterologous expression in eukaryotic cells.
Abstract
살아있는 세포의 맥락에서 단백질 상호 작용의 연구는 현지화, 역학, 그리고 상호 작용 파트너에 대한 중요한 정보를 생성 할 수 있습니다. 이 정보는 호스트 병원체 상호 작용의 컨텍스트에서 특히 유용하다. 많은 병원체 단백질은 세포 내 환경 내에서 숙주의 면역 시스템 및 생존의 회피를 가능 같은 방법의 다양한 숙주 세포 내에서 기능한다. 이러한 병원체 단백질 호스트 세포 상호 작용을 연구하기 위해, 여러 가지 접근 방법이 일반적으로 포함하여, 사용됩니다 생체 내 감염에 형질 전환 또는 형질 도입을 통해 태그 또는 돌연변이 단백질 또는 병원체 유전자의 도입을 발현하는 균주. 이러한 방식은 각각 이점과 단점을 갖는다. 우리는 직접 세포에 외래 단백질을 소개 할 수있는 방법을 모색하고 있습니다. 일반적으로 일렉트로 세포 내로 핵산을 도입하기 위해 사용되지만, 생물 리 학적 근거가 정확히 동일하지만 드물게 단백질에 적용되지 않았다.표준 electroporator는 포유 동물 세포에 친 화성 태그가 세균 이펙터를 소개하는 데 사용되었다. 상피 및 마우스 대식 세포는 전통적인 분리 방법에 의해 배양하고, 관심 외인성 세균 병원체의 단백질 (예를 들어 살모넬라 Typhimurium의 GtgE) 0.4 cm 갭 전기 천공 큐벳에 넣었다. 전기 (0.3 kV의) 짧은 (4 시간) 회복 기간 후, 세포 내 단백질은 형광 친 화성 태그를 통해 단백질을 라벨 및 공 초점 현미경으로 공간과 시간 분포를 조사하여 확인 하였다. 일렉트로 단백질은 세포 내부의 세포 내 작용 및 올바른 거래 및 단백질 – 단백질 상호 작용을 할 수있는 것으로 나타났다. 외래 단백질이 세포의 표면 상에 축적되는 경향이 있지만, 일렉트로 샘플 단독 배양 세포 내 이펙터 농도에 대하여 크게 증가했다. 이 프로토콜은 AP에서 할 수 간단하고 빠른만큼타겟팅 및 병원성 세포 내 단백질의 기능을 포함하는 숙주 세포에서 단백질의 병원체 높은 처리량 특성을 허용 arallel 패션.
Introduction
많은 그람 음성균 직접 숙주 세포를 1-5로 (이펙터라고 함) 병원성 관련 단백질을 주입하도록 전문화 분비 시스템을 사용한다. 숙주의 면역 억제, 세포 골격 변화, 세포 내 신호 전달 및 매매, 전사 변화 수정 및 호스트 테아 변경 6-9 : 이러한 이펙터 포함한 생물학적 기능의 넓은 범위를 갖는다. 일부 이펙터 기능하지만 호스트 대상 외 다수의 생화학 적 조치 (들)이 결정될 수 남아 알려져있다. 야생형 및 재조합 박테리아 감염을 비교하는 세포 독성 이펙터 메커니즘을 연구하는 유효한 방법이지만, 상기 숙주 세포에 도입 개별 이펙터 종종 유리하다. 따라서, 숙주 세포의 컨텍스트에서 세균 효과기 단백질을 도입하고 특성화 간단한 방법이 매우 바람직하다.
실험 분석 위스콘신 단순화하나의 이펙터가 중요 번째 다른 이펙터는 반대 또는 중복 기능을 가질 수 있기 때문이다. 이 단순화를 달성하기 위해, 연구진은 이전에 긁어은 12, 13로드, 바이러스 성 전달 (10), 미세 주입법 (11) 등 다양한 방법에 의해 세포로 거대 분자를 도입, 화학적으로 유도 미세 주입 (14), 독점 단백질 "형질 전환"시약 (15), 인산 칼슘 침전와 세포 융합 (16), 및 전기 17-20. 도입 된 분자는 세포 내 표적 (21, 22)에 대한 단백질, 세포 투과성 염료 및 항체 DNA, RNA, RNAi의 종을 포함하여 핵산 이르기까지 다양합니다. 일부 방법은 도입 될 수있는 고분자의 종류를 포함한 한계가 있고, 특히 하류 분석 높아 세포 독성 작용의 손상 기전, 효능이 낮고 또는 도입 효율이 제한 될 수있다. 형질, ofte또한 대 식세포 및 일차 전지와 같은 몇 가지 중요한 숙주 세포 유형, 형질 향해 특히 내성을 겪고 제한, 포유 동물 세포에서 세균의 유전자를 발현하는 방법을 위해 사용되는 N. 이 외에도, 또한 외래 DNA의 도입시 생성 된 박테리아 단백질의 수준을 조절하는 것이 곤란하다.
많은 작품은 일반적인 실험실 기술로 모두 세균 및 포유 동물 세포에 핵산의 전기를 설립했다; 그러나, 생리 학적 조건하에 단백질을 세포 내로 전달하기위한 최선의 방법에 대한 지속적인 연구가있다. 단백질 형질 전환에 보고서는 유망하지만, 고가의 시약 및 최적화를 필요로한다. 최소한의 비용으로 셀 대상의 다양한에 잠재적으로 독성 세균 이펙터를 소개하는 욕망은 생체 내에서 단백질을 연구하는 방법으로 전기를 고려하는 우리를 이끌었다.
단백질 전기 23-25는 만족입니다또한 전기 형질 전환 또는 전자 주입 (26)로 알려진 electropermeabilization를 통해 살아있는 세포로 단백질을 소개 HOD. 이 방법은 세포막에 구멍을 만드는 고강도 전기 펄스를 사용한다. 이 가역적 모공은 일반적으로 세포 내 공간에서 제외됩니다 거대 분자가 세포를 입력 할 수 있습니다. 외부 전계를 제거하여, 상기 멤브레인은 셀이 통과 구멍 (27, 28)의 분자를 보유 할 수 있도록, 다시 봉인 할 수있다.
표준 electroporator 일관 마우스 대 식세포 유사 세포 및 인간 상피 세포에 모두 세균 이펙터를 도입이 연구에 사용 하였다. 이 방법은 세포 생존 능력의 뚜렷한 감소와 신속하고 효율적이며 저렴하다. 도입 된 단백질은 면역 형광 현미경을 통해 시각 또는 기능 분석에 사용할 수 있습니다. 이뿐만 아니라, 비 독성 표준으로 녹색 형광 단백질 (GFP)을 사용하여 입증되었다두 살모넬라 이펙터 단백질과 SspH1 GtgE. 우리는 진핵 숙주 세포에서 세균 독성 단백질의 기능 연구의 레퍼토리에 추가 도구로 단백질 전기를 제안한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
병원성 박테리아로부터 분비 이펙터 숙주 세포 환경 내에서 작동하도록 진화하고, 따라서 호스트 내에서 (in situ)을 연구하기 위해 유용하다. 숙주 세포에 특정 관심 이펙터의 도입은 관련 병원체 호스트 상호 작용이 다른 세균 단백질의 간섭없이 독립적으로 연구 할 수 있습니다. 목표는 형질 감염 또는 형질 도입시켜과 관련된 몇 가지 문제를 피하고, 진핵 생물 숙주 세포 내로 박테리아 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIGMS, National Institutes of Health (GM094623). Significant portions of this work were performed in the Environmental Molecular Sciences Laboratory, a DOE/BER national scientific user facility located at the Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). PNNL is operated for the DOE by Battelle under Contract DE-AC05-76RLO1830.
Materials
| Material or Equipment | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.25% Trypsin-EDTA Solution | Cellgro | 25-050-Cl | |
| 0.4cm Gap-disposable electroporation cuvettes | Bio-Rad | 165-2088 | |
| 100% Methanol | Any | N/A | Flammable, Toxic |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A4919 | |
| Cell Counting Apparatus – Hemocytometer or Coulter Counter | Beckman Coulter | Model Z1 | |
| Cell Culture Incubator | Any | N/A | Humidified 95% air/5% CO2 atmosphere at 37 °C |
| Cell Culture Plastic | Any | N/A | Cell culture flasks/plates, pipets, tubes, rubber policeman |
| Dulbecco's Modification of Eagle’s Medium (DMEM) | Cellgro | 10-013 | Warm to 37 °C |
| Electroporator | Bio-Rad | E. coli Pulser | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Cellgro | 35-016-CV | |
| Fluorescent confocal microscope | Ziess | Model LSM 710 | |
| Glass Bottom Dishes for Microscopy | Wilco Wells | HBSt-3522 | |
| HALT Protease Inhibitor Cocktail | Pierce | 78430 | Corrosive, Toxic |
| HeLa Cell Line | ATCC | ATCC CCL-2 | |
| LDS 4X Loading Buffer | Invitrogen | NP0007 | |
| Minimal Essential Medium (MEM) | Cellgro | 10-010 | Warm to 37 °C |
| Other fluorescent stains (WGA, DAPI) in conjunction with anti-fade reagent | Any | N/A | |
| Penicillin/Streptomycin | Cellgro | 30-002-Cl | |
| RAW 264.7 Cell line | ATCC | TIB-71 | |
| Primary Antibody Against Target of Interest | Any | N/A | |
| Secondary Antibody Conjugated to Fluorophore | Any | N/A | |
| Phosphate Buffered Saline | Any | N/A | Chill to 4 °C |
| Sterile Phosphate Buffered Saline | Any | N/A | Warm to 37 °C |
| Streptavidin Agarose Resin Suspension | Pierce | 20353 | |
| Table Top Centrifuge Capable of Accepting Conical Tubes (swinging bucket preferred) | Any | N/A | |
| TCEP | Sigma-Aldrich | 646547 | Corrosive, Toxic |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8585 | Irritant, Toxic |
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