志贺毒素大肠杆菌SubAB进入HeLa细胞需要肌动蛋白和脂筏依赖性途径

Uptake of Shiga-toxigenic Escherichia coli SubAB by HeLa cells requires an actin- and lipid raft-dependent pathway.

作者信息Sayaka Nagasawa, Kohei Ogura, Hiroyasu Tsutsuki, Hisako Saitoh, Joel Moss, Hirotaro Iwase, Masatoshi Noda, Kinnosuke Yahiro
PMID24844382
发布时间2014-10
DOI10.1111/cmi.12315

实验完整度

研究运用抑制剂、siRNA敲低、共聚焦显微镜、体外实验等多种方法,系统验证了SubAB内化的途径,并包括多种独立证据层级。

主要模型

HeLa细胞 重组SubAB处理模型

重点核对

SubAB内化是否需要网格蛋白介导的内吞途径,需通过siRNA敲低或抑制剂处理验证。 SubAB内化是否依赖小窝蛋白,需通过siRNA敲低或胆固醇清除剂处理验证。 SubAB内化是否依赖肌动蛋白,需通过细胞松弛素D处理验证。 SubAB内化是否依赖脂筏,需通过mβCD或菲律宾菌素III处理验证。

摘要

新型细胞毒性因子枯草酶细胞毒素(SubAB)主要由非O157志贺毒素大肠杆菌(STEC)产生。SubAB在内质网(ER)中切割分子伴侣BiP/GRP78,导致RNA依赖性蛋白激酶(PKR)样ER激酶(PERK)的激活,随后引发caspase依赖性细胞死亡。然而,SubAB在HeLa细胞中的摄取机制尚不清楚。本研究采用多种抑制剂和siRNA来表征SubAB的摄取过程。高浓度的Dynasore以及甲基-β-环糊精(mβCD)和菲律宾菌素III可抑制SubAB诱导的BiP切割,但在网格蛋白、发动蛋白I/II、小窝蛋白1和小窝蛋白2敲低细胞中并未受到抑制。我们观察到SubAB处理导致显著的肌动蛋白重排,例如质膜起泡的形成,伴随液体摄取显著增加。共聚焦显微镜分析显示,SubAB摄取需要肌动蛋白细胞骨架重塑和脂筏胆固醇。此外,内化的SubAB细胞存在于去污剂抗性结构域(DRM)结构中。有趣的是,IPA-3(一种丝氨酸/苏氨酸激酶p21活化激酶(PAK1)的抑制剂,它是巨胞饮的重要蛋白)直接抑制了SubAB介导的BiP切割和SubAB内化。因此,我们的研究结果表明,SubAB利用脂筏和肌动蛋白依赖性途径作为其主要的内吞转运途径,而非网格蛋白、小窝蛋白和发动蛋白依赖性途径。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
SubAB进入HeLa细胞的摄取机制是什么,是否依赖网格蛋白、小窝蛋白、发动蛋白或脂筏肌动蛋白相关途径?
核心机制
SubAB主要通过脂筏和肌动蛋白依赖性途径进入HeLa细胞,不依赖网格蛋白、小窝蛋白和发动蛋白I/II。
主要证据
证据包括:高浓度Dynasore未抑制摄入,但网格蛋白、小窝蛋白、发动蛋白SiRNA敲低不影响BiP切割;mβCD和菲律宾菌素III抑制内化;细胞松弛素D阻断内化;内化的SubAB与DRM结构相关联。
研究意义
该研究揭示了一种新的SubAB摄取途径,可能为预防非O157 STEC感染中SubAB和Stx引起的严重器官损伤提供新策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证SubAB内化的经典途径依赖性

确定SubAB是否利用保守的网格蛋白-、小窝蛋白-、发动蛋白依赖的经典内吞途径进入HeLa细胞。

使用药理学抑制剂(Dynasore、氯丙嗪、单丹磺酰尸胺、mβCD、菲律宾菌素III)和针对网格蛋白、小窝蛋白1/2、发动蛋白I/II的siRNA敲低,通过Western blot检测BiP切割及共聚焦显微镜观察内化情况。

2

检测SubAB诱导的肌动蛋白重排

研究SubAB处理是否诱导肌动蛋白细胞骨架重排,如丝状伪足的形成。

使用荧光标记的鬼笔环肽染色,通过共聚焦显微镜定量处理前后的丝状伪足数量和长度变化。

3

评估巨胞饮和流体摄取

探索SubAB是否通过巨胞饮途径摄取,并伴随着流体相标记物的摄取。

检测EIPA(Na+/H+交换抑制剂)作用、离子替代缓冲液以及FITC-葡聚糖摄取,通过Western blot和共聚焦显微镜分析。

4

分析信号转导和PAK1的参与

确定PI3K、Ca2+和PAK1是否参与SubAB摄取过程。

使用LY294002、渥曼青霉素、BAPTA-AM、EGTA、离子霉素和IPA-3处理,以及PAK1 siRNA敲低,评估对BiP切割和SubAB内化的影响。

5

验证肌动蛋白和脂筏的依赖性

确认细胞骨架蛋白F-肌动蛋白和富含胆固醇的脂筏在SubAB内化中的必要性。

使用不同浓度的细胞松弛素D处理,检测BiP切割和SubAB内化情况;通过Triton X-100提取实验观察内化的SubAB是否与DRM结构关联。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

蛋白表达检测
细胞成像
生化提取
体外蛋白酶活性检测

产品清单

实验环节名称品牌货号
Eagle最低必需培养基Sigma--
Lipofectamine RNAiMax转染试剂Invitrogen--
Dynasore水合物Sigma AldrichD7693
甲基-β-环糊精Sigma Aldrichc45551G
菲律宾菌素IIISigma AldrichF4767
盐酸氯丙嗪Enzo Life ScienceALX270171G001
5-乙基异丙基阿米洛利Enzo Life ScienceALX550266M005
RottlerinEnzo Life ScienceALX350075M010
LY294002Cell Signaling Technology9901
渥曼青霉素Cell Signaling Technology9951S
IPA-3WAKO--
巴弗洛霉素A1WAKO--
抗BiP/GRP78抗体Becton Dickinson610978
抗网格蛋白抗体Becton Dickinson610499
抗小窝蛋白I抗体Becton Dickinson610406
抗小窝蛋白II抗体Becton Dickinson610684
抗PKCδ抗体Becton Dickinson610398
抗发动蛋白I/II抗体Cell Signaling Technology2342
抗GAPDH抗体GeneTexGTX100118
抗PAK1抗体Signalway AntibodyAb-212
HRP偶联抗兔IgGR & D Systems7074
HRP偶联抗鼠IgGR & D Systems7076
抗BiP/GRP78抗体Santa Cruz Biotechnologysc-1051
Alexa Fluor 488驴抗山羊IgGInvitrogenA-11055
Alexa Fluor 488山羊抗小鼠IgMInvitrogen--
Alexa Fluor 555霍乱毒素B亚单位Invitrogen--
抗stain 488荧光鬼笔环肽Cytoskeleton, Inc.PHDG1
重组仓鼠BiP/GRP78MBLSR-C765
Immobilon-P膜Millipore--
Super Signal West Pico混合物Thermo Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与基因沉默
HeLa细胞培养条件、siRNA序列和转染浓度、时间
阅读提示:Methods: Cells culture and gene silencing
SubAB预处理与内化检测
SubAB浓度、标记方法、抑制剂预处理时间、内化时间
阅读提示:Methods: Internalization assays for SubAB, transferrin, and FITC-Dextran
BiP切割检测
SubAB浓度、处理时间、抑制剂预处理浓度和时间
阅读提示:Methods: Western blot analysis
抑制剂处理
抑制剂种类、浓度、预处理时间
阅读提示:Methods: Reagents and Results sections
Triton X-100提取
Triton X-100浓度、提取时间
阅读提示:Methods: Triton extraction