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Toxoplasma membrane inositol phospholipid binding protein TgREMIND is essential for secretory organelle function and host infection

发布时间:2024-02-20 文章来源:本站原创 阅读量:54

Toxoplasma membrane inositol phospholipid binding protein TgREMIND is essential for secretory organelle function and host infection

Cell Rport Volume 43, Issue 1, 23 January 2024, 113601

弓形虫是顶复门的专性细胞内真核寄生虫,其中包括致命的人类疟疾病原体恶性疟原虫。 弓形虫病主要对初次感染的孕妇和免疫系统受损的人的胎儿造成危险。 弓形虫感染是终生且无法治愈的,使慢性感染者容易再次感染疾病,包括严重的眼部疾病和视力丧失。进入宿主细胞后,弓形虫建立其允许的复制生态位,称为寄生液泡 (PV),它通过膜 (PVM) 与宿主细胞质划分。为了在宿主细胞内发育,顶复门寄生虫具有独特的 构成该门标志的形态特征。这些特征中包括由极环、圆锥体和被称为棒状体和微线体的谱系特异性分泌细胞器组成的显着的顶端复合体,它们在顶端复合体寄生虫的发病机制中发挥着重要作用。此外,称为致密颗粒的第三个分泌细胞器释放 GRA 蛋白,这些蛋白参与 PV 的形成,其中寄生虫在细胞内复制,并具有其他一些功能,例如转移小分子 分子从宿主细胞质进入 PV.5,14 在宿主细胞附着、侵袭和存活过程中,棒状体 (ROP)、微线体 (MIC) 和致密颗粒 (GRA) 蛋白的分子机制和功能描述于 文中图10,11,15,16,17,18 然而,这些细胞器的生物发生及其在整个寄生虫复制周期中的维持所涉及的潜在机制尚不清楚。 分泌细胞器是在母体体内形成的子体寄生虫复制和出芽过程中从头合成的。  然而,据描述,大量微线体也从母体寄生虫循环到新形成的子体中。 ROP 和 MIC 蛋白的表达取决于它们适当的表达时间,这表明它们的细胞内运输与分泌细胞器的生物发生直接相关。需要更多关于供应这些分泌细胞器的寄生虫特异性因子如何差异的信息 分类运输及时、协调、规范。 我们发现形成这些重要的分泌细胞器需要弓形虫分拣蛋白样受体 TgSORTLR,也称为 TgSORT。该受体的 N 端和管腔胞外域结合 ROP 和 MIC 蛋白。 相比之下,胞质尾部与 TgVps35-retromer 复合物结合,招募伙伴以实现顺行和逆行受体运输。我们描述了一种新的寄生虫特异性蛋白 TgREMIND,它包含高度保守的 Fes-CIP4 同源性 Bin/ N 末端有 Amphiphyn/Rvs (F-BAR) 结构域,C 末端有一个新的未表征的 REMIND(用于膜相互作用结构域的调节器)。 该蛋白中同时存在 F-BAR 结构域和 REMIND(因此被命名为 TgREMIND)对于其在寄生虫中的活性是必要的。 有条件的靶向消融表明,缺乏 TgREMIND 的突变体会失去致密颗粒和典型的不透明菱形,导致宿主细胞侵袭的严重抑制。 我们的研究结果说明了 TgREMIND(一种脂质结合蛋白)在宿主感染和寄生虫传播所需的分泌细胞器的形成和功能中的关键作用。

Figure 4. Phenotypic analysis of secretory and other organelles in TgREMIND-depleted parasites
(A) Immunoelectron microscopy using untreated (left) or ATc-treated (right) iKO-TgREMIND mutants followed by staining with anti-ROP1 (top) or anti-GRA1 (bottom) antibodies and revealed by immunogold secondary antibodies. Insets in the top right corners correspond to a magnification of one rhoptry or dense granule. Scale bar, 500 nm.
图 4. TgREMIND 耗尽的寄生虫中分泌细胞器和其他细胞器的表型分析
(A) 使用未经处理的(左)或 ATc 处理的(右)iKO-TgREMIND 突变体进行免疫电子显微镜检查,然后用抗 ROP1(上)或抗 GRA1(下)抗体染色,并用免疫金二抗显示。 右上角的插图对应于一个菱形或致密颗粒的放大倍数。 比例尺,500 nm。
Immunoelectron microscopy showed that immunogold staining of ROP1 was reduced inside the lumen of rhoptries in the ATc-treated mutants (Figure 4A, right, see enlargement inset) relative to untreated mutants (Figure 4A, left, magnification inset). We found that the number of immunocolloidal golds on the rare dense granules seen in the ATc-treated mutants was much lower than that of the untreated mutants, which contained many more dense granules with numerous immunocolloidal golds (Figure 4A, left vs. right, magnification insets). Biochemical analyses showed that depletion of TgREMIND after ATc pressure led to an ∼75% ± 2% (p < 0.0001) reduction in secretion of GRA1 protein from extracellular mutants that were incubated with propranolol,31 known to trigger the release of GRA and MIC proteins in the extracellular medium (Figures 4B and 4C).
免疫电镜显示,相对于未处理的突变体(图 4A,左侧,放大插图),经 ATc 处理的突变体(图 4A,右侧,参见放大插图)的 ROP1 免疫金染色在菱形管腔内减少。 我们发现,在 ATc 处理的突变体中看到的稀有致密颗粒上的免疫胶体金数量远低于未处理的突变体,后者含有许多更致密的颗粒和大量免疫胶体金(图 4A,左与右,放大倍数) 插图)。 生化分析表明,ATc 压力后 TgREMIND 的耗竭导致与普萘洛尔一起孵育的细胞外突变体的 GRA1 蛋白分泌减少约 75% ± 2% (p < 0.0001),31 已知会触发 GRA 和 MIC 蛋白的释放 在细胞外介质中(图4B和4C)。

Electron and immunoelectron microscopy

Intracellular parasites were fixed at room temperature for 1h in 0.1 M sodium cacodylate buffer containing 2.5% glutaraldehyde. Then, samples were kept overnight at 4°C. After washing with the same buffer, samples were fixed again in aqueous 1% osmium tetroxide and 1.5% potassium ferrocyanide. After successive dehydration in ethanol, samples were embedded in Epon (Agar Scientific, AGR1165): 2h in resin mixed with ethanol and 2h with pure resin before polymerization 24h at 60°C. Sections of 70 nm were cut using an ultramicrotome LEICA UC6, collected on grids, and contrasted 15min in 2% aqueous uranyl acetate and 2min in Reynold’s lead citrate. Ultrastructural images were collected using a JEOL1400 transmission electron microscope at 80kV and camera RIO9. For immuno-electron microscopy, the HFF cells infected with iKO-TgREMIND mutants treated with ATc for 36 hours or untreated were fixed overnight at 4°C in 8% paraformaldehyde with 0.1% glutaraldehyde in PBS buffer, thoroughly washed in the same buffer, pelleted in 10% gelatin and infused overnight in sucrose 2.3 M containing 20% polyvinyl pyrrolidone 10000 in phosphate buffer 0.1 M. The pellets were mounted on ultracryomicrotome supports and rapidly frozen in liquid nitrogen. Ultrathin sections of about 90–100 nm were obtained using a UC6 ultramicrotome equipped with an FC6 device (Leica). For immuno-labeling, sections were incubated in blocking medium (0.05 M glycine, 5% fish gelatine in 0.1 M PBS buffer) for 30 min. The grids were incubated with rabbit polyclonal anti-ROP1 or monoclonal anti-GRA1 antibodies for 1.5 hour at 37°C. After washing, sections were incubated at room temperature for 30 min in the corresponding secondary gold conjugates (Aurion, 10nm gold-labeled antibody) diluted in the same buffer. Following a final thorough wash in PBS alone, the grids were fixed in 4% glutaraldehyde for 10 min at room temperature and washed in water. After staining 0.5% uranyl acetate in 1.5% methylcellulose, sections were observed on a JEOL1400 transmission electron microscope at 80 kV accelerating voltage.

电子和免疫电子显微镜
细胞内寄生虫在含有 2.5% 戊二醛的 0.1 M 二甲胂酸钠缓冲液中室温固定 1 小时。 然后,将样品在 4°C 下保存过夜。 用相同的缓冲液洗涤后,将样品再次固定在1%四氧化锇和1.5%亚铁氰化钾水溶液中。 在乙醇中连续脱水后,将样品包埋在 Epon (Agar Scientific, AGR1165) 中:在与乙醇混合的树脂中嵌入 2 小时,在纯树脂中嵌入 2 小时,然后在 60°C 下聚合 24 小时。 使用超薄切片机 LEICA UC6 切割 70 nm 的切片,收集在网格上,并在 2% 醋酸双氧铀水溶液中对比 15 分钟,在雷诺柠檬酸铅中对比 2 分钟。 使用 80kV 的 JEOL1400 透射电子显微镜和 RIO9 相机收集超微结构图像。 对于免疫电子显微镜,将用 ATc 处理 36 小时或未处理的 iKO-TgREMIND 突变体感染的 HFF 细胞在 8% 多聚甲醛和 0.1% 戊二醛的 PBS 缓冲液中于 4°C 固定过夜,在相同缓冲液中彻底洗涤,沉淀 在 10% 明胶中,并在含有 20% 聚乙烯吡咯烷酮 10000 的 0.1 M 磷酸盐缓冲液的蔗糖 2.3 M 中输注过夜。将沉淀安装在超低温切片机支架上并在液氮中快速冷冻。 使用配备 FC6 装置(徕卡)的 UC6 超薄切片机获得约 90-100 nm 的超薄切片。 对于免疫标记,切片在封闭介质(0.05 M 甘氨酸、0.1 M PBS 缓冲液中的 5% 鱼明胶)中孵育 30 分钟。 将网格与兔多克隆抗 ROP1 或单克隆抗 GRA1 抗体在 37°C 下孵育 1.5 小时。 清洗后,将切片在用相同缓冲液稀释的相应二级金缀合物(Aurion,10nm金标记抗体)中室温孵育30分钟。 最后仅用 PBS 彻底洗涤后,将网格在室温下于 4% 戊二醛中固定 10 分钟并用水洗涤。 用1.5%甲基纤维素中的0.5%乙酸双氧铀染色后,在JEOL1400透射电子显微镜上观察切片。