Force Characteristics of  Yersinia pestis  Lipopolysaccharide Interaction with TLR4 and CD14 Receptors on J774 Macrophages. Atomic Force Microscopy

V. S. Belozerov; Белозёров В. С.; B. A. Ananchenko; Ананченко Б. А.; I. V. Konyshev; Конышев И. В.; L. G. Dudina; Дудина Л. Г.; S. A. Konnova; Коннова С. А.; E. V. Rozhina; Рожина Э. В.; R. F. Fakhrullin; Фахруллин Р. Ф.; A. A. Byvalov; Бывалов А. А.

doi:10.31857/S0233475523040035

Силовые характеристики взаимодействия липополисахарида Yersinia pestis с рецепторами TLR4 и CD14 макрофагов J774: атомно-силовая микроскопия

Авторы: Белозёров В.С.¹^,2, Ананченко Б.А.¹, Конышев И.В.¹^,2, Дудина Л.Г.¹^,2, Коннова С.А.³, Рожина Э.В.³, Фахруллин Р.Ф.³, Бывалов А.А.¹^,2
Учреждения:
1. Вятский государственный университет
2. Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН
3. Институт фундаментальной медицины и биологии, Казанский (Приволжский) федеральный университет
Выпуск: Том 40, № 4 (2023)
Страницы: 289-297
Раздел: СТАТЬИ
URL: https://journal-vniispk.ru/0233-4755/article/view/135018
DOI: https://doi.org/10.31857/S0233475523040035
EDN: https://elibrary.ru/OJPGSD
ID: 135018

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Одной из основных стадий инфекционного процесса, которая во многом определяет течение и исход заболевания, является первичный контакт возбудителя с клетками хозяина. Ключевую роль в таком взаимодействии грамотрицательных бактерий с иммунокомпетентными клетками макроорганизма играет липополисахарид наружной мембраны, инициирующий запуск и развитие иммунных реакций путем взаимодействия с рядом специфических рецепторов, в первую очередь СD14 и TLR4. Цель настоящей работы состояла в количественном определении методом атомно-силовой микроскопии силовых характеристик взаимодействия липополисахарида Yersinia pestis вакцинного штамма EV с рецепторами CD14 и TLR4 на поверхности мышиных макрофагов J774. Препарат липополисахарида выделяли из клеток Y. pestis вакцинного штамма EV, выращенных при 27°С. Для оценки экспрессии рецепторов на поверхности клеток применяли метод флуоресцентной и конфокальной микроскопии. С использованием моноклональных антител к рецепторам CD14 и TLR4 методом силовой спектроскопии оценивали силовые характеристики взаимодействия липополисахарида на поверхности зонда (иглы) кантилевера с клетками макрофагов J774. В работе были подобраны условия иммобилизации на стекле мышиных макрофагов линии J774, позволяющие проводить сканирование их поверхности и оценивать силу адгезии к клеткам целевых антигенов методом атомно-силовой микроскопии. Инкубация иммобилизованных макрофагов в растворах c моноклональными антителами к рецепторам CD14 и TLR4 вызывала снижение основных силовых характеристик взаимодействия в системе макрофаг J774 – липополисахарид Y. pestis по сравнению с интактными, необработанными клетками. Аналогичный эффект зарегистрирован после предварительной обработки клеток раствором того же препарата липополисахарида без моноклональных антител. Полученные результаты свидетельствуют о способности липополисахарида, химически связанного с зондом, взаимодействовать с рецепторами CD14 и TLR4 на поверхности макрофагов.

Ключевые слова

липополисахарид, Yersinia pestis, рецепторы CD14 и TLR4, макрофаги J774, атомно-силовая микроскопия

Список литературы

Книрель Ю.А., Анисимов А.П. 2012. Липополисахарид чумного микроба Yersinia pestis: cтруктура, генетика, биологические свойства. Acta Naturae. 4 (3), 49–61.
Leo J.C., Skurnik M. 2011. Adhesins of human pathogens from the genus Yersinia. Adv. Exp. Med. Biol. 715, 1–15.
Конышев И.В., Иванов С.А., Копылов П.Х., Анисимов А.П., Дентовская С.В., Бывалов А.А. 2022. Роль антигенов Yersinia pestis в адгезии к макрофагам J774. Прикладная биохимия и микробиология. 58 (4), 352–359.
Park B.S., Lee J.O. 2013. Recognition of lipopolysaccharide pattern by TLR4 complexes. Exp. Mol. Med. 45 (12), e66.
Kim S.J., Kim H.M. 2017. Dynamic lipopolysaccharide transfer cascade to TLR4/MD2 complex via LBP and CD14. BMB Rep. 50 (2), 55–57.
Matsuura M., Takahashi H., Watanabe H., Saito S., Kawahara K. 2010. Immunomodulatory effects of Yersinia pestis lipopolysaccharides on human macrophages. Clin. Vaccine Immunol. 17 (1), 49–55.
Yang K., He Y., Park C.G., Kang Y.S., Zhang P., Han Y., Cui Y., Bulgheresi S., Anisimov A.P., Dentovskaya S.V., Ying X., Jiang L., Ding H., Njiri O.A., Zhang S., Zheng G., Xia L., Kan B., Wang X., Jing H., Yan M., Li W., Wang Y., Xiamu X., Chen G., Ma D., Bartra S.S., Plano G.V., Klena J.D., Yang R., Skurnik M., Chen T. 2019. Yersinia pestis interacts with SIGNR1 (CD209b) for promoting host dissemination and infection. Front Immunol. 10, 96.
Westphal O., Jann K. 1965. Bacterial lipopolysaccharides. Extraction with phenolwater and further applications of the procedure. Methodes Carbohydr. Chem. 5, 83–91.
Ebner A., Wildling L., Gruber H.J. 2019. Functionalization of AFM tips and supports for molecular recognition force spectroscopy and recognition imaging. Methods Mol. Biol. 1886, 117–151.
Pi J., Cai J. 2019. Cell topography and its quantitative imaging by AFM. In: Atomic Force Microscopy: Methods and Protocols. Eds Santos N.C., Carvalho F.A. New York: Humana New York, p. 99–113.
Hutter J.L., Chen J., Wan W.K., Uniyal S., Leabu M., Chan B.M.C. 2005. Atomic force microscopy investigation of the dependence of cellular elastic moduli on glutaraldehyde fixation. J. Microscopy. 219 (2), 61–68.
Vaure C., Liu Y. 2014. A comparative review of Toll-like receptor 4 expression and functionality in different animal species. Front Immunol. 5, 316.
Mahnke K., Becher E., Ricciardi-Castagnoli P., Luger T.A., Schwarz T., Grabbe S. 1997. CD14 is expressed by subsets of murine dendritic cells and upregulated by lipopolysaccharide. Adv. Exp. Med. Biol. 417, 145–159.
Sabroe I., Jones E.C., Usher L.R., Whyte M.K.B., Dower S.K. 2002. Toll-like receptor (TLR)2 and TLR4 in human peripheral blood granulocytes: A critical role for monocytes in leukocyte lipopolysaccharide responses. J. Immunol. 168, 4701–4710.
Choi S.-H., Harkewicz R., Lee J.H., Boullier A., Almazan F., Li A.C., Witztum J.L., Bae Y.S., Miller Y.I. 2009. Lipoprotein accumulation in macrophages via TLR4-dependent fluid phase uptake. Circ. Res. 104 (12), 1355–1363.
Wei M.-T., Hua K.-F., Hsu J., Karmenyan A., Tseng K.-Y., Wong C.-H., Hsu H.-Y., Chiou A. 2007. The interaction of lipopolysaccharide with membrane receptors on macrophages pretreated with extract of Reishi polysaccharides measured by optical tweezers. Optics Express. 15, 11020–11032.
Бывалов А.А., Белозёров В.С., Ананченко Б.А., Конышев И.В. 2022. Специфические и неспецифические взаимодействия липополисахарида Yersinia pseudotuberculosis с моноклональными антителами, охарактеризованные методом атомно-силовой микроскопии. Биофизика. 67 (6), 1056–1067.
Arnal L., Longo G., Stupar P., Castez M.F., Cattelan N., Salvarezza R.C., Yantorno O.M., Kasas S., Vela M.E. 2015. Localization of adhesins on the surface of a pathogenic bacterial envelope through atomic force microscopy. Nanoscale. 7 (41), 17 563–17 572.
Richter W., Vogel V., Howe J., Steiniger F., Brauser F., Koch M.H.J., Roessle M., Gutsmann T., Garidel P., Mäntele W., Brandenburg K. 2010. Morphology, size distribution, and aggregate structure of lipopolysaccharide and lipid A dispersions from enterobacterial origin. Innate Immunity. 17 (5), 1–12.
Bergstrand A., Svanberg C., Langton M., Nyden M. 2006. Aggregation behavior and size of lipopolysaccharide from Escherichia coli O55:B5. Colloids Surf. B Biointerfaces. 53 (1), 9–14.
Santos N.C., Silva A.C., Castanho M.A., Martins-Silva J., Saldanha C. 2003. Evaluation of lipopolysaccharide aggregation by light scattering spectroscopy. Chembiochem. 4 (1), 96–100.
Yang K., Park C.G., Cheong C., Bulgheresi S., Zhang S., Zhang P., He Y., Jiang L., Huang H., Ding H., Wu Y., Wang S., Zhang L., Li A., Xia L., Bartra S.S., Plano G.V., Skurnik M., Klena J.D., Chen T. 2015. Host Langerin (CD207) is a receptor for Yersinia pestis phagocytosis and promotes dissemination. Immunol. Cell Biol. 93 (9), 815–824.