Tác động của lipid mycobacteria đến sinh học đại thực bào và phản ứng miễn dịch của cơ thể

• Tác giả: Sanchita Bhatnagar
• Người hướng dẫn: Dr. Jeff Schorey
• Trường học: University of Notre Dame
• Chuyên ngành: Biological Sciences
• Đề tài: Tác động của lipid vi khuẩn đến sinh học đại thực bào và phản ứng miễn dịch của cơ thể
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Notre Dame

Mục lục chi tiết

• DEDICATION
• ABSTRACT
• CONTENTS
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background
• 1.2. Classification of mycobacteria
• 1.3. Mycobacterial cell wall
• 1.4. Biology of macrophages
• 1.5. Mycobacterial entry in macrophage
• 1.6. Mycobacterial invasion of macrophage
• 1.7. Mycobacterial lifestyle inside macrophages
• 1.8. Immunity to mycobacteria
• 1.9. Trafficking of Mycobacterial lipids
• 1.10. Macrophage endocytic pathway
• 2. CHƯƠNG 2: Mycobacterium avium 104 deleted of the methyltransferase D gene by allelic replacement lacks serotype-specific glycopeptidolipids and shows attenuated virulence in mice
• 2.1. Bacterial strains and growth conditions
• 2.2. Gene exchange by homologous recombination
• 2.3. BMMΦ isolation and culture
• 2.4. Cytokine profile of macrophages infected with M.
• 2.5. In vivo mycobacterial infections
• 2.6. Disruption of the M. avium 104 mtfD gene by homologous recombination
• 2.7. In vitro macrophage infections with WT, mtfD mutant and complemented M.
• 2.8. Mouse infections with the WT, mtfD mutant and complemented M.
• 3. CHƯƠNG 3: Elevated MAP kinase signaling and increased macrophage activation in cells infected with a glycopeptidolipid-deficient Mycobacterium avium
• 3.1. Materials and Methods
• 3.2. BMMΦ isolation and culture
• 3.3. Preparation of surface-exposed material from M.
• 3.4. Extraction and purification of GPLs
• 3.5. Western blot analysis
• 3.6. Chemokine/Cytokine profile of macrophages infected with M.
• 3.7. Bacterial killing assay
• 3.8. Differential activation of the MAPK in macrophages infected with Rg and SmT M.
• 3.9. Calmodulin kinase is upstream of ERK1/2 MAPK in the macrophages infected with M.
• 3.10. MAPK activation is differentially required for TNF-α production in macrophages infected with Rg compared to SmO and SmT M.
• 3.11. TNF-α production is NF-κB dependent
• 3.12. Differential activation profile for BMMΦs following infection with Rg and SmT M.
• 3.13. The Rg 2151 is killed by BMMΦs
• 4. CHƯƠNG 4: Release and trafficking of glycopeptidolipids in macrophages infected with M.
• 4.1. Materials and Methods
• 4.2. BMMφ isolation and culture
• 4.3. Antibodies and immunofluorescence staining
• 4.4. Thin layer chromatography immunostaining
• 4.5. Isolation of exosomes
• 4.6. Sucrose density gradient centrifugation
• 4.7. Labeling with N-Rh-PE
• 4.8. Analysis of un-infected bystander cells
• 4.9. Coupling of exosomes to latex beads
• 4.10. Flow cytometric analysis of exosomes
• 4.11. Macrophage infection with exosomes
• 4.12. Glycopeptidolipid trafficking in M. avium 2151 infected macrophages
• 4.13. Intracellular sorting of released glycopeptidolipids
• 4.14. Rab11 is transiently associated with GPL positive MVBs
• 4.15. Role of exosomes in intercellular communication
• 4.16. Macrophage activation by the exosomes from mycobacteria infected macrophages
• 4.17. TNF-α production is toll-like receptor dependent
• 4.18. Exosome stimulatory activity is not dependent on GPLs
• 5. CHƯƠNG 5: Macrophage activation by exosomes isolated from mycobacteria infected macrophages
• 5.1. Materials and Methods
• 5.2. BMMφ isolation and culture
• 5.3. Isolation of exosomes
• 5.4. Sucrose density gradient centrifugation
• 5.5. Coupling of exosomes to latex beads
• 5.6. Flow cytometric analysis of exosomes
• 5.7. Macrophage infection with exosomes
• 5.8. Western blot analysis
• 5.9. Exosomes isolated from mycobacteria infected cells induce pro-inflammatory response in non-infected macrophages
• 5.10. Toll-like receptor dependent production of TNF-α in exosomes treated cells
• 5.11. Exosomes from activated macrophages are not enough to induce pro-inflammatory response
• 5.12. Activated exosomes from other intracellular pathogen
• 5.13. In vivo induction of pro-inflammatory response by the mycobacterial exosomes
• 6. CHƯƠNG 6: Summary and future perspectives
• 6.1. Mycobacterial species known to cause human disease
• 6.2. A chemical model of the mycobacterial cell wall
• 6.3. List of some common mycobacterial lipids present on mycobacterial cell wall
• 6.4. Structure of glycopeptidolipids
• 6.5. Different serovars showing oligosaccharides attached to the core structure of GPLs
• 6.6. List of pattern recognition receptors and some of their respective pathogen associated molecular patterns
• FIGURES
• ABBREVIATIONS
• ACKNOWLEDGMENTS

Tóm tắt

I. Tác động của lipid vi khuẩn đến sinh học đại thực bào

Lipid vi khuẩn, đặc biệt là glycopeptidolipid (GPL), đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sinh học của đại thực bào. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lipid vi khuẩn có khả năng kích hoạt đại thực bào, dẫn đến sự gia tăng sản xuất cytokine và các yếu tố gây viêm. Sự hiện diện của GPL trong vi khuẩn Mycobacterium avium đã được chứng minh là một yếu tố virulence quan trọng, ảnh hưởng đến khả năng sống sót và chức năng của đại thực bào. Việc thiếu GPL hoặc thay đổi cấu trúc của nó dẫn đến sự gia tăng hoạt động của đại thực bào, cho thấy rằng lipid vi khuẩn có thể điều chỉnh phản ứng miễn dịch của cơ thể. "Lipid vi khuẩn không chỉ là thành phần cấu trúc mà còn là yếu tố điều hòa mạnh mẽ trong sinh học đại thực bào."

1.1. Sinh học đại thực bào và lipid vi khuẩn

Đại thực bào là những tế bào miễn dịch chính trong cơ thể, có khả năng nhận diện và tiêu diệt vi khuẩn. Lipid vi khuẩn, đặc biệt là từ Mycobacterium, có thể thay đổi cách mà đại thực bào phản ứng với các tác nhân gây bệnh. Các lipid này có thể tương tác với các thụ thể trên bề mặt đại thực bào, kích thích các con đường tín hiệu dẫn đến sản xuất cytokine và các yếu tố miễn dịch khác. "Sự tương tác giữa lipid vi khuẩn và đại thực bào là một trong những cơ chế chính mà vi khuẩn sử dụng để điều chỉnh phản ứng miễn dịch của cơ thể."

II. Phản ứng miễn dịch của cơ thể đối với lipid vi khuẩn

Phản ứng miễn dịch của cơ thể đối với lipid vi khuẩn là một quá trình phức tạp, bao gồm cả sự kích hoạt và điều hòa của các tế bào miễn dịch. Lipid vi khuẩn có thể kích thích đại thực bào sản xuất các cytokine như TNF-α, IL-6, và các yếu tố gây viêm khác. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng tiêu diệt vi khuẩn mà còn có thể dẫn đến các phản ứng viêm quá mức, gây tổn thương mô. "Phản ứng miễn dịch đối với lipid vi khuẩn có thể là con dao hai lưỡi, vừa bảo vệ cơ thể vừa có thể gây hại nếu không được điều chỉnh đúng cách."

2.1. Tác động của lipid vi khuẩn đến hệ miễn dịch

Lipid vi khuẩn có thể tác động đến nhiều thành phần của hệ miễn dịch, bao gồm cả đại thực bào, tế bào T và tế bào B. Sự kích hoạt của đại thực bào bởi lipid vi khuẩn dẫn đến sự sản xuất các cytokine và chemokine, tạo ra một môi trường viêm. Điều này có thể giúp cơ thể chống lại nhiễm trùng, nhưng cũng có thể dẫn đến các bệnh tự miễn nếu phản ứng miễn dịch không được kiểm soát. "Sự cân bằng giữa kích thích và ức chế trong phản ứng miễn dịch là rất quan trọng để duy trì sức khỏe của cơ thể."

III. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu lipid vi khuẩn

Nghiên cứu về lipid vi khuẩn không chỉ có giá trị trong việc hiểu biết về sinh học của vi khuẩn mà còn có thể dẫn đến các ứng dụng thực tiễn trong y học. Việc phát triển các liệu pháp điều trị mới dựa trên cơ chế tác động của lipid vi khuẩn có thể giúp cải thiện khả năng điều trị các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn. "Hiểu rõ hơn về cách lipid vi khuẩn tương tác với hệ miễn dịch có thể mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển vaccine và liệu pháp miễn dịch."

3.1. Tương lai của nghiên cứu lipid vi khuẩn

Nghiên cứu lipid vi khuẩn đang mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực y học. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều trị mới, cũng như các vaccine dựa trên lipid vi khuẩn. Sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế tác động của lipid vi khuẩn sẽ giúp các nhà khoa học phát triển các chiến lược điều trị hiệu quả hơn cho các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn. "Tương lai của nghiên cứu lipid vi khuẩn hứa hẹn sẽ mang lại những tiến bộ đáng kể trong việc điều trị và phòng ngừa bệnh tật."