條文本
文摘
客觀的一種常見的遺傳編碼核心自噬基因變種ATG16L1易感性增加有關克羅恩病(CD)。ATG16L1變體編碼一種氨基酸的變化,蘇氨酸在300位置與丙氨酸取代(ATG16L1 T300A)。如何變異導致的風險增加CD還不清楚,但研究轉染細胞係和基因的老鼠已經證明ATG16L1需要自噬,interleukin-1-β和自噬清除細胞內微生物的控製。此外,研究人類細胞表達ATG16L1 T300A表明這種變異降低了細胞內的自噬清除細菌。
設計/結果我們證明,使用不良基因靶向人類細胞ATG16L1 T300A變體授予保護細胞的入侵沙門氏菌。此外,我們表明,ATG16L1-deficient細胞抵抗細菌入侵。
結論這些結果表明,細胞的表達ATG16L1促進細菌入侵,CD-associated ATG16L1 T300A變體可能從細菌感染提供保護。
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文章總結
文章重點
全基因組關聯研究已經涉及ATG16L1 T300A變體與克羅恩病(CD)的發病機理。
這並不影響starvation-induced T300A變體自噬,但減少細胞內微生物的間隙。
這裏,我們調查是否ATG16L1 T300A變異改變細胞通過細胞內微生物入侵。
關鍵信息
腸上皮細胞(IEC)不良目標表達ATG16L1 T300A變體抵禦入侵沙門氏菌。
ATG16L1-deficient細胞在體外也抵抗細菌入侵。
這表明CD-risk-associated變體在ATG16L1也可以防止細菌入侵。
本研究的優點和局限性
使用人類細胞係基因打靶的地址點突變的作用在人類細胞ATG16L1適當控製細胞(一道父母細胞株)。
專注於細菌入侵增加了新的見解ATG16L1在host-microbial互動的作用。
這項研究並沒有解決的角色ATG16L1主IEC或其他細胞的感染。還需要進一步的研究來確定CD-associated ATG16L1變異影響人口的細菌感染。
介紹
全基因組關聯研究已經涉及的核心自噬蛋白ATG16L1對克羅恩病(CD)的易感性。1 - 3自噬是一種細胞通過胞質材料的封裝過程的進步形成自噬體,融合的溶酶體降解。這個過程包括蛋白質的結合,LC3,磷脂酰乙醇胺(PE)在形成膜結合需要ATG16L1。4,5ATG16−−/酵母或ATG16L1−−/老鼠細胞不共軛LC3 PE和無法執行自噬。5 - 7人類細胞呈現不足為ATG16L1 siRNA顯示相同的表型。3,8ATG16L1長期營養不足的生存所需控製toll樣receptor-induced IL-1β生產和胞內微生物的間隙。6 - 8ATG16L1除了自噬還參與細胞功能,包括interferon-γ-induced清除小鼠諾瓦克病毒(MNV),從PC12細胞激素分泌水皰性口炎病毒和幹擾素生產的監管。9 - 11老鼠hypomorphic ATG16L1顯示改變Paneth細胞基因表達和改變顆粒胞外分泌的規定。7這種表型是依賴MNV non-Paneth感染細胞和正常的共生的微生物的存在。12這是否表型與自噬或不同的角色ATG16L1顆粒胞外分泌的監管還不清楚。ATG16L1廣泛表達,可能具有獨特的細胞功能相關autophagy-dependent和autophagy-independent角色這種蛋白質。
常見的非同義變體ATG16L1導致氨基酸變化的位置300全身蛋白質從蘇氨酸、丙氨酸為CD (T300A)所帶來的風險,但並不影響ATG16L1執行自噬的能力以應對饑餓。8然而,細胞從病人T300A變異純合子,或上皮細胞轉導變體,未能明確表明細胞內微生物減少病原體清除患者的這種變異可能導致風險的CD。8相反,ATG16L1−−/成纖維細胞轉導與ATG16L1 T300A變種不顯示微生物細胞內的自噬受損。13ATG16L1-deficient細胞積累細胞內微生物,如沙門氏菌和誌賀氏杆菌隨著時間的推移,這表明ATG16L1抑製細胞內增殖的病原體。8,14這可能發生在細胞溶質,ATG16L1參與LC3-positive膜內微生物的封裝針對自噬降解。8在誌賀氏杆菌感染,ATG16L1把細胞膜的入侵,它被認為是參與封裝在自噬體入侵的微生物。14是否感染微生物的抑製是一個函數的ATG16L1體內還不清楚。ATG16L1 hypomorphic老鼠不是更容易口腔感染單核細胞增多性李斯特氏菌事實上,從uropathogenic保護大腸杆菌感染。7,15因此,ATG16L1微生物感染中的作用尚不清楚,可能取決於類型的入侵微生物和細胞類型檢查。
的ATG16L1 T300A變體(rs2241880)是常見的人類代表大約55%的等位基因在歐洲人口和20%和40%的等位基因在其他人群。1 - 3的高頻等位基因的研究促進了人類ATG16L1 T300A變體在主要的人類細胞。然而,這些研究是受限於缺乏適當的控製,考慮到高度不同遺傳背景的病人。此外,盡管一些研究人類細胞很容易獲得,如造血的細胞、腸上皮細胞等細胞類型(IEC)不容易保持文化體外,從而阻礙ATG16L1函數的分析在不同的人類細胞類型。調查的影響ATG16L1 T300A變異在人類IEC,我們用同源重組產生靶向人類細胞係缺乏ATG16L1 (ATG16L1Δ/Δ)或在T300A變體(ATG16L1敲了敲門300 a / 300 a),並研究了這些細胞的感染鼠傷寒沙門氏菌。在這裏,我們發現ATG16L1促進細菌入侵,ATG16L1 T300A變異減少入侵人體細胞沙門氏菌。
方法和材料
代的靶向HCT116細胞和ATG16L1-complemented細胞
HCT116細胞從美國獲得類型文化集合(寫明ATCC,馬納薩斯,弗吉尼亞州,美國)。ATG16L1軌跡是有針對性的通過同源重組腺相關病毒(AAV)使用交付目標向量,作為描述。9non-synonomous單核苷酸多態性(SNP)與CD的長篇ATG16L1位於外顯子9。兩個目標向量,創建第一個創建細胞缺乏ATG16L1 (ATG16L1Δ/Δ),第二個敲入300 ATG16L1 (ATG16L1變體300 a / 300 a)。在這兩種情況下,1 kB的同源性放大HCT116 cDNA對應地區的5′和3′外顯子的SNP 9。向量1是為了刪除大約1 kB的intronic基因5′外顯子9。在向量,整個序列保存。相應的DNA克隆到pSEPT向量(從f . Bunz禮物,約翰霍普金斯,巴爾的摩,馬裏蘭州美國)在5′和3′端,分別的液氧promoter-less新黴素抗性基因外顯子合成受體的網站。5′的同源性,新黴素磁帶和3′同源區域被克隆的NOTI網站pAAV-hrGFP向量(安捷倫科技,聖克拉拉,加州,美國)是用於生成AAV傳遞目標構建細胞按照製造商的指示。重組細胞克隆選擇基於耐新黴素(G418;0.5毫克/毫升;生命技術、大島,紐約,美國),和同源重組通過PCR篩選,並證實了直接DNA測序。新黴素磁帶然後刪除Cre重組酶和第二個等位基因是有針對性的使用相同的向量,作為描述。9的ATG16L1Δ/Δ針對策略刪除拚接受體網站和外顯子9中創建了一個過早停止密碼導致全身ATG16L1完全喪失。的ATG16L1300 /300年,一個針對構建插入在第9外顯子點突變導致密碼子改變行為(蘇氨酸)GCT(丙氨酸)。
生成PWPI 300噸或300 PWPI,互補編碼同種型- 001(長篇ATG16L1)包含一個(300 t)或898 G(300)位置被克隆到一個慢病毒載體IRES-GFP (PWPI;洛桑聯邦理工的禮物d Trono,瑞士),病毒感染ATG16L1生產和使用Δ/ΔHCT116。這些細胞池然後按流式細胞儀收集GFP +細胞純度90 - 95%使用前的實驗。ATG16L1表達式的評估是由北部汙點使用RNA信使RNA分離試劑盒試劑(生命技術)和生物素化的探頭使用人類ATG16L1全長cDNA生成(生物素Decalabel DNA標簽設備,Fermentas)。蛋白表達,細胞溶解產物生成Triton裂解緩衝1% (1% Triton, 50 mM玫瑰,150毫米氯化鈉,1.5毫米MgCl2乙二醇、1毫米tetra-acetic酸、10%甘油、1 x蛋白酶抑製劑雞尾酒(羅氏診斷)),通過sds - page及免疫印跡來解決抗體ATG16L1 (MBL 040和AbCam 47946 - 100)。
自噬的評估
檢查HCT116細胞自噬,我們進行免疫印跡LC3B細胞信號(2775)和p62 (MBL 162 - 3),與肌動蛋白(聖克魯斯C-11, sc - 1615)和微管蛋白(聖克魯斯E-19, sc - 12462)作為控製,從細胞溶解產物收集1% Triton裂解緩衝,或Laemmli緩衝表示,通過sds - page來解決。減少自噬水平的下降表明了lipidated LC3 (LC3 II)和p62的積累。在某些情況下,氯化銨(NH)4Cl;50毫米)添加到細胞培養媒體前2 h溶解抑製溶酶體降解LC3並允許LC3-II積累。
感染分析與鼠傷寒沙門氏菌
鼠傷寒沙門氏菌血清型(年代沙門氏菌感染;寫明ATCC,馬納薩斯,弗吉尼亞州,美國文化是保持Luria Bertani(磅)肉湯和用於感染細胞後固定文化一夜之間,所述。16慶大黴素保護化驗,培養HCT116細胞暴露在年代沙門氏菌感染10分鍾,其次是洗滌和增加培養基含有50微克/毫升慶大黴素(生活技術,大島,紐約,美國)。1 h孵化後,細胞細胞溶解在1% Triton裂解緩衝和溶菌產物連續稀釋和鍍LB-Agar計數集落形成單位(CFU)。在其他的實驗中,細胞感染沙門氏菌描述了1、2、4、8、12 h之前裂解和cfu計數。8
確定細胞內沙門氏菌通過顯微數字化流程,細胞被感染與所述正麵綠色熒光蛋白(GFP +)年代沙門氏菌感染然後用四甲基羅丹明染色(咯)共軛麥胚凝集素(WGA)(分子探針)描繪細胞表麵。單個細胞懸浮液是用5毫升聚苯乙烯圓底管裝有細胞過濾器蓋(BD獵鷹)和PBS的樣本重組。樣本運行在ImageStream X (Amnis)使用麵具來確定個人GFP山峰指示單個細菌細胞和第二個麵具來識別細胞表麵。GFP +細胞被算作是山峰的數字在細胞膜的麵具。使用棱鏡進行導出的數據統計分析。超過000個細胞運行和分析每個樣本實驗。
統計分析
數據代表三個獨立實驗的平均數±標準差。數據分析使用棱鏡軟件通過方差分析和事後圖基的和意義推斷在p < 0.05。
結果
靶向人類結腸癌細胞係(HCT116)生成的所述。17證實了基因打靶直接基因測序和測試ATG16L1 mRNA和蛋白表達(圖1A)。ATG16L1生成的目標Δ/Δ細胞大約1 kB的intronic刪除序列編碼序列的5′外顯子9。刪除一個外顯子剪接受體網站生成的外顯子9中過早終止密碼子和損失ATG16L1 mRNA和ATG16L1長篇亞型的蛋白(圖1B, C)。ATG16L1有許多拚接亞型和少量的這些不利用intronic序列刪除在這個基因打靶。我們從ATG16L1準備了96 cDNA克隆Δ/Δ細胞並沒有發現任何例子cDNA編碼生成一個完整的長度ATG16L1異構體。我們不能明確地確定沒有全身的亞型或較小的ATG16L1亞型在這些細胞。因此,我們生成一個缺乏靶向線ATG16L1 ATG16L1指定Δ/Δ。細胞表達CD-associated T300A變體都是使用一個定位戰略,創建保存intronic單個堿基序列和改變外顯子9 (g)產生一個從300年丙氨酸,蘇氨酸的位置變化。的ATG16L1 T300A目標沒有改變ATG16L1基因或蛋白質的表達,所評估的北方和西方墨點法(圖1B, C)。ATG16L1Δ/Δ和ATG16L1300 a / 300 a細胞自噬通過分析評估缺陷的形成lipid-conjugated LC3 (LC3-II)。正如所料,ATG16L1Δ/Δ細胞未能產生LC3-II p62積累,自噬的蛋白質降解,表明ATG16L1Δ/ΔHCT116細胞自噬缺陷(圖1D, E)。這些表型在ATG16L1逆轉Δ/Δ細胞重組ATG16L1 (圖1D, E)。與先前的研究一致使用不同的表達式或細胞的患者300年的一個變種,ATG16L1300 a / 300 a細胞表現出正常水平LC3-II p62,表明這些細胞沒有表現出明顯的自噬缺陷8(圖1D, E)。抑製溶酶體降解與氯化銨增強LC3-II的積累在父母和ATG16L1 HCT116細胞300 a / 300 a細胞,但不是ATG16L1Δ/Δ細胞,與未受損傷的自噬在ATG16L1一致300 a / 300 a細胞。
自噬是由微生物和被感染細胞的激活自噬膜周圍形成胞內病原體。在某些情況下,自噬的激活機製促進微生物複製和發布;而在其他情況下,自噬誘導抑製細胞內病原體的生長至關重要。18 - 23ATG16L1-deficient細胞無法抑製細菌病原體的細胞內生長。3,8,24的影響ATG16L1 T300A變體在胞內細菌生長是有爭議的報道損害或沒有影響胞內細菌的控製。8,13,14ATG16L1的角色在細胞被細菌入侵是鮮為人知的。檢查ATG16L1在微生物入侵細胞的作用,我們集中在最早的時間點之間的交互沙門氏菌和人類iec文化。細胞暴露為10分鍾沙門氏菌其次是抗生素治療45分鍾清除細胞外微生物。細胞溶解產物進行的存在沙門氏菌通過測量集落形成單位(cfu)索引的細菌入侵的細菌細胞。HCT116細胞(300 t等位基因純合子)顯示增加的細菌菌落與增加莫伊(圖2)。這是在ATG16L1顯著降低Δ/Δ細胞,這表明ATG16L1-deficient細胞更容易入侵沙門氏菌(圖2A)。ATG16L1300 a / 300 a細胞也顯示相比顯著降低cfu HCT116表明ATG16L1 T300A變體可以減少細菌入侵這些細胞。這減少了感染ATG16L1Δ/Δ和ATG16L1300 a / 300 a細胞中也觀察到細胞種植在Transwell過濾器,它更緊密地概括iec的體內分化特征(圖2B)。降低cfu從ATG16L1中恢複過來Δ/Δ和ATG16L1300 a / 300 a細胞培養可以反映出這些細胞的感染的頻率降低或改變的數量沙門氏菌每個細胞感染。使用熒光顯微鏡數字化流(ImageStream),我們確認ATG16L1Δ/Δ和ATG16L1300 a / 300 a細胞減少感染沙門氏菌(圖2C)。此外,我們發現ATG16L1較少Δ/Δ和ATG16L1300 a / 300 a細胞感染1、2或3沙門氏菌每個細胞,支持微生物感染的觀察是ATG16L1中斷Δ/Δ或ATG16L1300 a / 300 a細胞(圖2C)。因此,ATG16L1減少感染Δ/Δ或ATG16L1300 a / 300 a細胞ATG16L1反映了事實300 t / 300 t感染細胞更頻繁沙門氏菌。因此,細胞的表達ATG16L1便利沙門氏菌入侵細胞和CD-associated T300A變體在ATG16L1損害細菌入侵。
先前的研究已經發現ATG16L1-deficient細胞轉導的等位基因ATG16L1保護性的CD (ATG16L1 300 t)可以控製細胞內的生長沙門氏菌,而與CD-associated轉導ATG16L1 T300A同種型損害這抑製微生物的生長。8為了測試這個在我們的入侵檢測,我們轉導ATG16L1Δ/Δ細胞的保護(ATG16L1 300 t)和風險(ATG16L1 300 a)等位基因ATG16L1和測量沙門氏菌在這些細胞入侵。cfu恢複後的數量沙門氏菌感染ATG16L1Δ/Δ細胞增加了慢病毒互補ATG16L1 300 t,表明ATG16L1的完整對碘氧基苯甲醚能充分恢複沙門氏菌入侵ATG16L1Δ/Δ細胞(圖3)。恢複的數量在細胞轉導ATG16L1 300 cfu變體相比顯著降低,恢複從300年ATG16L1 t-expressing細胞(圖3)。這些結果表明,等位基因的互補ATG16L1 CD中保護恢複這些細胞被感染的能力沙門氏菌與CD-associated等位基因明顯變弱,而互補細菌入侵細胞。
用siRNA擊倒和異種的互補研究發現增加細胞內的滴定度沙門氏菌在感染後時間點細胞缺乏ATG16L1或表達300年的一個變種。8為了評估這種在我們的模型中,我們評估的增長沙門氏菌HCT116細胞內感染後1 - 12 h。ATG16L1Δ/Δ和ATG16L1300 a / 300 a細胞含有明顯高於胞內的滴定度沙門氏菌ATG16L1相比,300 t / 300 t細胞、8 h後感染(圖4)。這證實了先前的觀察,ATG16L1不足或CD-associated 300減少細胞內的一個變體沙門氏菌。2,8因此,細胞缺乏ATG16L1或表達CD-associated ATG16L1 T300A等位基因不僅是入侵的影響較小沙門氏菌但也不能夠清除這些細菌一旦被感染。
討論
在目前的研究中,我們發現CD-associated ATG16L1 T300A變異減少入侵人體細胞沙門氏菌。我們還觀察到ATG16L1-deficient細胞抵抗侵略,這表明ATG16L1促進細胞的入侵,這是阻礙了與T300A細胞基因變異。在降低被感染的細胞數量在我們的研究中,沙門氏菌隨著時間的推移擴散細胞。這證實了之前的工作表明,細胞表達ATG16L1 T300A變體未能清除細胞內病原體。8因此,CD-associated ATG16L1變體可能減少細菌入侵和減少成功入侵的微生物細胞的間隙。ATG16L1 300等位基因存在於約有一半的歐洲血統的人,授予一個或大約1.8 CD的純合個體。1 - 3可能這種等位基因可能賦予運營商的利益,即由兼性胞內病原體抵抗感染。一樣與其他與自身免疫性疾病相關變異,這種等位基因也賦予的好處也可以獨立帶來疾病的風險增加。25,26可能低或敏感性(CD)和高患病率的ATG16L1 T300A變體可能反映了防止細菌入侵的有利影響和不利影響的敏感性細胞內微生物的增長。老鼠hypomorphic從uropathogenic ATG16L1受到保護大腸杆菌感染和同樣明顯李斯特菌感染WT老鼠一樣有效。7,15現在還不知道是否ATG16L1 T300A變體帶來風險或保護沙門氏菌在人類感染。一個小的研究幽門螺杆菌歐洲人口感染建議ATG16L1 T300A變體的同事增加了感染H幽門。27是否ATG16L1 T300A變體帶來風險或防止感染人類的性質可能取決於感染的病原體和典型的持續時間。
盡管ATG16L1突變細胞被感染的數量減少沙門氏菌隨著時間的推移,這些細胞積累更多的細胞內沙門氏菌。這是與缺乏自噬缺陷細菌通關捕獲在這些和其他細胞類型。3,8我們的結果因此不僅支持先前的研究顯示減少細胞內清除微生物細胞中有CD-associated ATG16L1變體也擴展這個觀察包括這樣一個事實,這種基因變異也會降低細菌入侵。雖然我們的研究結果證實了之前的一些研究在IEC,藤田等發現ATG16L1-deficient成纖維細胞轉導與ATG16L1 T300A變異顯示沒有區別沙門氏菌感染細胞轉導與野生型相比ATG16L1。這可能反映了不同細胞類型研究,眾所周知沙門氏菌入侵的成纖維細胞發生上皮細胞相比,通過不同的機製。28例如,iii型secretion-deficient沙門氏菌容易侵入成纖維細胞,但不是上皮細胞。使用的替代機製沙門氏菌入侵的成纖維細胞可以解釋為什麼Fujita等13沒有觀察到的效果ATG16L1 T300A變體在細胞內沙門氏菌據報道在上皮細胞增殖。28還有待確定是什麼細菌入侵是否從根本上改變了在IEC ATG16L1 T300A突變。有可能迅速type-III-mediated入侵細胞沙門氏菌需要野生型ATG16L1在其缺席,入侵發生通過豐富等替代路線或大部分細胞吸收。28,29日感染的微生物被這些潛在non-physiological路線可能不認可的自噬機械,並可能因此增殖細胞。是否沙門氏菌感染可以通過其自然發生的獨立路線ATG16L1的體內,還有待確定。
ATG16L1本土化的細胞膜,這是增加網站的入口誌賀氏杆菌由NOD2-dependent機製。14已經提出的易位ATG16L1網站病原體接觸膜是細胞反應啟動自噬清除入侵的網站。14另一個可能性是ATG16L1可能被病原體的膜,為了方便入侵。的ATG16L1 T300A變體可能會因此減少誌賀氏杆菌入侵的網站因為它不是有效地招募了微生物入侵。如何招募ATG16L1膜還不得而知,但這可能涉及到協會ATG16L1 NOD1或NOD2,把膜。14,30.的CD-associated NOD2變體L1007fsinsC損害ATG16L1招聘細胞膜,它將確定感興趣的變體也減少沙門氏菌在人類細胞入侵。14最後,我們不能排除這樣一種可能性,即ATG16L1 T300A變體或缺乏ATG16L1改變細胞功能的細胞產生抗藥性微生物入侵通過ATG16L1間接相關的機製。
我們研究了沙門氏菌入侵我們的係統為了比較我們的發現與之前的研究報道ATG16L1多態性的影響在人類上皮細胞細菌感染。目前尚不清楚沙門氏菌入侵人類IEC有關人類CD。胃腸道感染的病原體沙門氏菌可以觸發或增加病人的可能性將隨後開發炎症性腸病(IBD)。16它將檢查是否感興趣的ATG16L1 T300A變異改變入侵人體細胞的病原體與炎症性腸病,如附著入侵大腸杆菌。任何病原體的作用在人類CD不成立,但有大量的證據表明,腸道菌群與宿主對微生物的反應缺陷的發病機理中發揮關鍵作用CD。是否ATG16L1 T300A多態性associates改變腸道微生物的處理或特定微生物型仍有待確定。
引用
腳注
房子和SFM同樣這個手稿。
貢獻者SFM、地產和下文研究設計,執行和分析了實驗和寫的手稿。漏磁場、搖、SJB,噴氣推進實驗室,冠捷和MB生成關鍵試劑、知識內容和提供技術支持。房子漏磁場,噴氣推進實驗室、冠捷、MB,下文並啟動研究的構想。* SFM和地產co-first作者。閱讀和批準所有的作者都最後的手稿。
資金國家衛生院(格蘭特數字R01AI083375-01;DK42086(下文)和F32DK082104(地產));廣泛的醫療研究項目;美國克羅恩氏和結腸炎基金會(批準號碼汽車製造商0-34493-1362(下文)。
相互競爭的利益一個也沒有。
出處和同行評議不是委托;外部同行評議。
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