La purificación del ARN intracelularmente Grown<em> Listeria monocytogenes</em> En los macrófagos
Summary
Here we describe a method for bacterial RNA isolation from Listeria monocytogenes bacteria growing inside murine macrophages. This technique can be used with other intracellular pathogens and mammalian host cells.
Abstract
Analysis of the transcriptome of bacterial pathogens during mammalian infection is a valuable tool for studying genes and factors that mediate infection. However, isolating bacterial RNA from infected cells or tissues is a challenging task, since mammalian RNA mostly dominates the lysates of infected cells. Here we describe an optimized method for RNA isolation of Listeria monocytogenes bacteria growing within bone marrow derived macrophage cells. Upon infection, cells are mildly lysed and rapidly filtered to discard most of the host proteins and RNA, while retaining intact bacteria. Next, bacterial RNA is isolated using hot phenol-SDS extraction followed by DNase treatment. The extracted RNA is suitable for gene transcription analysis by multiple techniques. This method is successfully employed in our studies of Listeria monocytogenes gene regulation during infection of macrophage cells 1-4. The protocol can be easily modified to study other bacterial pathogens and cell types.
Introduction
Patógenos bacterianos intracelulares ─ bacterias causantes de enfermedades infecciosas y capaz de crecer y reproducirse dentro de las células del huésped humano ─ son un importante problema de salud en todo el mundo 5. Para invadir y replicarse dentro de una célula de mamífero, patógenos intracelulares han adquirido sofisticados mecanismos de virulencia y factores. Aunque estos mecanismos son fundamentales para la capacidad de causar una enfermedad, se sabe poco acerca de su regulación y dinámica. Desde los perfiles de expresión de genes de bacterias cultivadas en medio líquido no reflejan el entorno real dentro de células huésped, hay una necesidad creciente de transcriptoma análisis de bacterias cultivadas en sus nichos intracelulares. Estos análisis permitirán al desciframiento de adaptaciones específicas bacterianas provocadas por el anfitrión y le ayudará a identificar nuevas dianas para el diseño terapéutico. El análisis del transcriptoma de bacterias que crecen de forma intracelular es muy difícil, puesto que superan en número a ARN de mamífero ARN bacteriano por lopor lo menos diez veces. En este manuscrito, se describe un método experimental para aislar el ARN bacteriano de Listeria monocytogenes bacterias que crecen dentro de las células de macrófagos murinos. El ARN extraído se puede utilizar para estudiar las adaptaciones intracelulares y mecanismos de virulencia de las bacterias patógenas por diversas técnicas de análisis de la transcripción, tales como RT-PCR, el ARN-Seq, microarrays y otras tecnologías basadas en hibridación.
L. monocytogenes es el agente causante de la listeriosis en humanos, una enfermedad con manifestaciones clínicas dirigidas principalmente a los individuos inmunocomprometidos, ancianos y mujeres embarazadas 6. Eso es un patógeno intracelular facultativo Gram-positiva que invade una amplia gama de células de mamíferos que se han utilizado durante décadas como modelo en las interacciones huésped-patógeno estudia 7. Tras la invasión, que reside inicialmente en una vacuola o fagosoma (en el caso de las células fagocíticas), de la que debe escapar en tque acogerá citosol de la célula con el fin de replicar. Varios factores de virulencia han demostrado mediar en el proceso de escape, principalmente la hemolisina de formación de poros, listeriolisina O (LLO) y dos fosfolipasas adicionales 8. En el citosol las bacterias utilizan el anfitrión maquinaria polimerización de la actina para impulsarse en los filamentos de actina dentro de la célula y propagarse de célula a célula (Figura 1). Todos los principales factores de virulencia de L. monocytogenes involucrados en la invasión, la supervivencia intracelular y la replicación, son activados por el regulador de la transcripción de virulencia principal, PrfA. 8-10.
En la última década, varios estudios realizados por nosotros y otros han métodos para el análisis del transcriptoma de bacterias que crecen de forma intracelular aplicado con éxito dentro de las células anfitrionas 2,11-15. Dos enfoques principales se utilizan para separar el ARN bacteriano de host-RNA que se basan en: 1) el enriquecimiento selectivo de ARN bacteriana y 2) el aislamiento de ARN por difelisis celular rential. El primer enfoque se basa en la hibridación de sustracción de extractos de ARN total de las moléculas de ARN de mamífero (por ejemplo, utilizando kits disponibles en el comercio) o la captura selectiva de secuencias transcritas bacterianas (escoceses) 11. El segundo enfoque se basa en la lisis diferencial de bacterias y células huésped, en el que se lisan las células huésped mientras que las células bacterianas se mantienen intactos. Las células bacterianas se separan a continuación a partir del lisado de la célula huésped, generalmente por centrifugación, y el ARN se extrae usando técnicas estándar. El principal problema con este enfoque es que, junto con las bacterias intactas, también se aíslan células huésped núcleos, por lo tanto las preparaciones de ARN todavía contienen ARN de mamífero. Una forma de superar este problema es separar bacterias intactas de células huésped núcleos utilizando centrifugación diferencial, aunque este procedimiento por lo general toma tiempo el aumento de la preocupación de los cambios en el perfil de la expresión génica durante la extracción. En este artículo presentamos un ba mejorada y rápidaprotocolo de extracción de ARN cteria, que se basa en el enfoque de lisis diferencial de células. En primer lugar, L. monocytogenes células de macrófagos infectados se lisan con agua fría. A continuación, los núcleos de los macrófagos se eliminan mediante una breve centrifugación y bacterias intactas se recogen rápidamente en los filtros, de la que el ARN se aísla usando caliente extracción con fenol-SDS de los ácidos nucleicos bacterianos.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo descrito aquí representa un método optimizado para el aislamiento de ARN bacteriana de L. monocytogenes bacterias que crecen intracelularmente en células de macrófagos. Este protocolo se basa en la lisis diferencial de células e incluye dos pasos principales para el enriquecimiento de ARN bacteriano: sedimentación núcleos de macrófagos utilizando centrifugación y una rápida acumulación de bacterias por filtración. Estos pasos son seguidos por un procedimiento de extracción de ARN está…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The research in the Herskovits lab is supported by 335400 ERC and R01A/109048 NIH grants.
Materials
| Listeria monocytogenes 10403S | 20 | ||
| Bone marrow derived macrophages prepared from C57B/6 female mice | 21 | ||
| H2O, RNAse free | Thermo Scientific | 10977-015 | DEPC-treated water can be used |
| DMEM | Gibco | 41965039 | |
| Glutamine | Gibco | 25030081 | |
| Sodium pyruvate | Gibco | 11360-088 | |
| b-Mercaptoethanol | Gibco | 31350010 | |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | |
| Gentamicin | Sigma-Aldrich | G1397 | |
| FBS | Gibco | 10270106 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline-PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Brain heart infusion (BHI) | Merckmillipore | 1104930500 | |
| Phenol saturated pH 4.3 | Fisher | BP1751I-400 | |
| Chloroform | Fisher | BP1145-1 | |
| Iso-amyl alcohol | Sigma-Aldrich | W205702 | |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | W302406 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | EDS | |
| DNaseI | Fermentas, | EN0521 | |
| SDS 10% | Sigma-Aldrich | L4522 | |
| Ethanol absolute | Merck Millipore | 1070174000 | |
| 37°C, 5% CO2 forced-air incubator | Thermo Scientific | Model 3111 | |
| Cell scrapers | Nunc | 179693 | |
| Kontes glass holder for 45 mm filters | Fisher | K953755-0045 | |
| MF-Millipore filters 45 mm, 0.45 µm | Merck Millipore | HAWP04700 | |
| SpeedVac system | Thermo Scientific | SPD131DDA | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | Model G560E | |
| NanoDrop | Thermo Scientific | ||
| 145 mm cell culture dishes | Greiner | 639 160 | |
| 1.7 ml tubes, RNase-free | Axygen | MCT-175-C | |
| 30°C incubator | Thermo Scientific | ||
| 65 °C heat block | Thermo Scientific | ||
| 4 °C table centrifuge | Eppendorf | 5417R | |
| Sterile pipettes, 25 ml | Greiner | ||
| Falcon tubes, 50 ml | Greiner | ||
| Liquid nitrogen |
References
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