组蛋白素5与锌联合促进白色念珠菌存活细胞共生作用的新角色

A Novel Role for Histatin 5 in Combination with Zinc to Promote Commensalism in C. albicans Survivor Cells.

作者信息Hannah L Norris, Rohitashw Kumar, Mira Edgerton
PMID34959564
期刊Pathogens
发布时间2021-12-10
DOI10.3390/pathogens10121609

实验完整度

研究包含体外细胞模型(TR146口腔上皮细胞),基因敲除突变体验证,流式细胞术和免疫印迹等,并进行功能验证(存活、粘附、侵袭)和机制验证(CWI信号通路)。

主要模型

C. albicans SC5314菌株 TR146人口腔上皮细胞单层 Mkc1和Chs4基因敲除突变体

重点核对

Hst 5和Zn的浓度及比例:3.15 fmol/cell Hst 5和1.58 fmol/cell Zn C. albicans处理时间:1小时(生存)或3小时(细胞壁分析) 细胞壁成分检测:流式细胞术和荧光显微镜 宿主信号通路:EphA2、NF-κB、EGFR磷酸化水平 细胞因子释放:ELISA和抗体阵列分析

摘要

白色念珠菌通过口腔上皮的免疫机制维持共生状态。口腔抗真菌肽组蛋白素5(Hst 5)可能在先天免疫中发挥作用,但Hst 5在白色念珠菌共生中的具体作用尚不清楚。由于锌结合增强了Hst 5的杀念珠菌活性,我们假设Hst 5+Zn会引发独特的真菌应激反应,从而塑造白色念珠菌与口腔上皮细胞(OEC)之间的相互作用。我们发现,Hst 5+Zn而非单独的Hst 5导致细胞壁完整性(CWI)信号传导的激活,随后使用缺失突变体确定CWI介导的几丁质合成对杀伤具有保护作用。通过流式细胞术,我们证实与Hst 5处理的细胞相比,Hst 5+Zn处理的细胞壁几丁质、甘露聚糖和β-1,3葡聚糖水平显著升高。然后我们测试了参与白色念珠菌细胞壁识别的宿主信号成分的激活。免疫印迹分析显示,暴露于白色念珠菌的口腔上皮细胞中EphA2和NF-κB激活增加,但EGFR未增加。有趣的是,用Hst 5+Zn处理的白色念珠菌诱导OEC释放的促炎细胞因子整体抑制,但负调节因子IL-10增加。Hst 5+Zn处理的细胞对OEC的粘附性更强,但最终侵袭性低于对照细胞,表明毒力降低。因此,上皮单层能识别Hst 5+Zn处理的白色念珠菌细胞,但其毒力较低且促进抗炎信号传导,提示Hst 5+Zn组合可能通过细胞壁重组在调节口腔白色念珠菌共生中发挥作用。

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
Hst 5+Zn是否通过诱导独特的真菌应激反应来调节白色念珠菌与口腔上皮细胞之间的相互作用,从而促进共生?
核心机制
Hst 5+Zn通过激活细胞壁完整性(CWI)信号通路,上调几丁质合成,改变细胞壁多糖(几丁质、β-1,3葡聚糖、甘露聚糖)的暴露,这些变化被口腔上皮细胞通过EphA2和NF-κB识别,但最终导致抗炎细胞因子释放(IL-10升高,促炎因子降低),降低真菌侵袭性,从而促进共生。
主要证据
Hst 5+Zn处理C. albicans后,Mkc1磷酸化增强,细胞壁几丁质、β-1,3葡聚糖和甘露聚糖水平升高;mkc1和chs4突变体对Hst 5+Zn杀伤更敏感;口腔上皮细胞中EphA2和NF-κB激活,但IL-8和IL-1β释放减少,IL-10增加;Hst 5+Zn处理细胞粘附增强但侵袭性降低。
研究意义
该研究提出Hst 5+Zn组合作为维持口腔白色念珠菌共生状态的潜在生理机制,并可能作为治疗口腔念珠菌病的工具。

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

确定Hst 5+Zn对C. albicans的杀伤作用及存活率

评估Hst 5单独或与Zn联合对C. albicans的杀伤活性,并确定存活细胞的比例。

在DMB缓冲液中,用3.15 fmol/cell Hst 5或Hst 5ΔMB(±Zn)处理C. albicans SC5314细胞1小时,然后铺板计数,计算存活率。

2

检测MAPK信号通路激活

比较Hst 5和Hst 5+Zn处理对C. albicans中Mkc1、Cek1和Hog1 MAPK磷酸化的影响,以确定应激反应差异。

用Hst 5或Hst 5+Zn处理C. albicans细胞5、15、30分钟,收集蛋白并通过免疫印迹检测P-Mkc1、P-Cek1、P-Hog1和肌动蛋白。

3

验证CWI通路在保护C. albicans中的作用

通过使用MKC1和CHS4缺失突变体,确定CWI介导的几丁质合成是否对Hst 5+Zn杀伤有保护作用。

比较野生型SN250、mkc1Δ/Δ和chs4Δ/Δ突变体对Hst 5和Hst 5+Zn的敏感性,计算杀伤百分比。

4

分析C. albicans细胞壁组分变化

定量检测Hst 5+Zn处理后C. albicans细胞壁几丁质、β-1,3葡聚糖和甘露聚糖的暴露水平。

用Hst 5、Hst 5+Zn、Hst 5ΔMB、Hst 5ΔMB+Zn、Amp B和CasF处理C. albicans细胞3小时,然后通过荧光染色和流式细胞术定量,并用共聚焦显微镜观察定位。

5

检测口腔上皮细胞对处理细胞的信号响应

评估口腔上皮细胞(OEC)对Hst 5+Zn处理的C. albicans细胞的识别和信号传导变化。

将甲醇固定的C. albicans细胞与TR146单层共培养1小时,裂解细胞后通过免疫印迹检测EphA2、EGFR和NF-κB的磷酸化。

6

测量细胞因子释放

检测口腔上皮细胞暴露于Hst 5+Zn处理的C. albicans后,细胞因子分泌的变化。

将固定的C. albicans细胞与TR146单层共培养24小时,收集上清液,通过ELISA检测IL-8和IL-1β,并使用抗体阵列检测多种细胞因子。

7

评估粘附、菌丝形成和侵袭能力

确定Hst 5+Zn处理的C. albicans细胞的毒力相关表型(粘附、菌丝形成、侵袭)是否改变。

将活的或固定的C. albicans细胞与TR146单层共培养,分别检测粘附(1小时)、菌丝长度(30分钟)和侵袭(3小时),通过显微镜和计数统计分析。

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。

验证分子表达变化

产品清单

实验环节名称品牌货号
YPD培养基----
YPD琼脂Fisher Scientific--
尿苷Sigma-Aldrich--
磷酸钠缓冲液Fisher Scientific--
HPLC级水JT Baker--
七水合硫酸锌Fisher Scientific--
组蛋白素5Genemed Synthesis, INC.--
组蛋白素5ΔMBGenemed Synthesis, INC.--
两性霉素BSigma-Aldrich1397-89-3
卡泊芬净Sigma-Aldrich--
PVDF膜Biorad--
牛血清白蛋白Sigma-Aldrich--
抗磷酸化p44/42 MAPK (Erk1/2) (Thr202/Tyr204)兔多克隆抗体Cell Signaling Technology--
抗磷酸化p38 MAPK (Thr180/Tyr182) (D3F9)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology--
抗β-肌动蛋白多克隆抗体Bioss--
山羊抗兔IgG-辣根过氧化物酶Cell Signaling Technology--
SuperSignal West Pico检测试剂盒Thermo Scientific--
ChemiDoc MP成像系统Biorad--
抗(1-3)-β-葡聚糖抗体Biosupplies Australia Ltd.--
抗小鼠IgG (H+L) F(ab')2片段(Alexa Fluor 647偶联物)Cell Signaling Technology--
伴刀豆球蛋白A,Alexa Fluor 488偶联物Life Technologies Corp.--
钙荧光白Sigma-Aldrich--
BD LSRFortessa流式细胞仪BD Biosciences--
SlowFade Gold抗淬灭封片剂Life Technologies Corp.--
Andor Dragonfly转盘共聚焦显微镜Oxford Instruments--
DMEM/F-12培养基----
胎牛血清----
RIPA裂解缓冲液----
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
BCA蛋白浓度测定试剂盒Thermo Scientific--
人IL-1β ELISA MAX试剂盒Biolegend--
人IL-8 ELISA MAX试剂盒Biolegend--
SoftMax Pro ELISA分析软件Molecular Devices--
RayBiotech人细胞因子抗体阵列5RayBiotech, Inc.--
兔抗念珠菌抗体OriGene--
山羊抗兔Alexa Fluor 488抗体----
蔡司AxioObserver Z1倒置荧光显微镜Carl Zeiss--
ImageJ软件----
GraphPad Prism 8.4GraphPad Software--

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
C. albicans培养和预处理
菌株SC5314或突变体在YPD培养基中30°C培养至对数期,细胞浓度调整至1×10^7 cells/mL。
阅读提示:Materials and Methods 4.1 Yeast Strains, Media, and Culture Conditions
Hst 5+Zn处理条件
Hst 5浓度(3.15 fmol/cell)和Zn浓度(1.58 fmol/cell)的精确比例,处理时间(1小时或3小时),温度30°C,摇动220 rpm。
阅读提示:Materials and Methods 4.3 Cell Survival Assays和4.5 Analyses of C. albicans Cell Wall Components
细胞壁组分检测
使用Calcofluor White、抗β-1,3葡聚糖抗体和ConA-488的染色浓度、孵育时间和温度,流式细胞仪设置。
阅读提示:Materials and Methods 4.5 Analyses of C. albicans Cell Wall Components
口腔上皮细胞信号检测
TR146细胞培养条件(DMEM/F12, 10% FBS, 37°C, 5% CO2),C. albicans固定方法(100%甲醇),共培养时间(1小时或24小时)。
阅读提示:Materials and Methods 4.6 Oral Epithelial Signaling in Response to the Fungal Cell Wall和4.7 Cytokine Detection via ELISA and Antibody Array
侵袭、菌丝和粘附实验
TR146单层培养条件,C. albicans接种浓度(1×10^5 cells/well),侵袭实验孵育3小时,菌丝生长30分钟,粘附1小时,抗体浓度(1:1000和1:2000)。
阅读提示:Materials and Methods 4.9 Invasion, Hyphal Growth and Adhesion