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我们描述了一种利用荧光原位杂交(FISH)来可视化被神经感染的人体细胞中的多种疱疹病毒RNA的协议,无论是悬浮的还是粘附的。该协议包括荧光的定量,产生核细胞质比,并可扩展用于同时可视化具有免疫荧光(IF)的宿主和病毒蛋白。
机械洞察力来自对特定RNA和蛋白质的仔细研究和定量。这些生物分子在特定时间在整个细胞中的相对位置可以通过荧光原位杂交(FISH)和免疫荧光(IF)捕获。在溶性疱疹病毒感染过程中,病毒劫持宿主细胞以优先表达病毒基因,导致细胞形态和生物分子行为发生变化。Lytic 活动以核工厂为中心,称为病毒复制隔间,仅与 FISH 和 IF 一起可辨别。在这里,我们描述了一个适应RNA FISH和IF技术卡波西的肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)感染细胞,无论是粘附的还是悬浮的。该方法包括特定抗感寡核苷酸、双RNA FISH、带IF的RNA FISH和荧光强度定量计算的步骤。该协议已成功应用于多种细胞类型、未感染细胞、潜伏细胞、溶酶细胞、时间过程和用抑制剂处理的细胞,以分析来自人类宿主和KSHV.
在其溶性(活性)阶段,疱疹病毒劫持宿主细胞,导致细胞形态和生物分子的定位变化,以产生病毒。手术的基础是细胞核,其中双链DNA病毒基因组被复制并包装成一个蛋白质外壳,称为辣椒1。首先,病毒表达自己的蛋白质,劫持宿主机制,防止非必需宿主基因的表达,这个过程称为宿主关闭效应。这种活动的大部分被局部化为特定的4°,6-二酰胺-2-phenyinole(DAPI)无核区域称为病毒复制隔间,由宿主和病毒蛋白、RNA和病毒DNA2组成。细胞经过大修,为复制舱提供空间和资源,从而组装病毒辣椒。一旦辣椒离开细胞核,细胞质中如何包裹辣椒,产生膜结合的病毒颗粒,也称为病毒,目前还不清楚。了解宿主和病毒生物分子在溶质阶段中的定位和空间变化,有助于深入了解复制舱的排列、宿主关闭效应、病毒-出口通路和其他与疱疹病毒感染和复制相关的过程。
目前,检测和研究这些变化的最佳方法是分别对免疫荧光(IF)和荧光原位杂交(FISH)受感染细胞中的蛋白质和RNA进行可视化。使用这些技术的时间过程揭示了生物分子在lytic相的关键点或简单的时空数据的定位。FISH 和 IF 补充了其他生化技术,例如抑制细胞过程(例如抑制病毒DNA复制)、RT-qPCR(实时聚合酶链反应)、RNA 测序、北方印迹、质谱法、西方印迹和分析病毒DNA的产生,这可能提供一个更全球性的细胞活动图景。
我们开发了RNA FISH策略来检查来自特定基因的RNA产物,并进行了定量计算特定基因产物核细胞质比的计算分析。从Steitz和同事3,4的早期出版物中修改的样品制备相对容易,可用于粘附细胞和悬浮细胞。该协议还适用于同时使用多个RNA FISH策略(双RNA FISH)或RNA FISH与IF策略。制定具体的 FISH 战略具有挑战性,但概述了提高成功性的建议。如果使用荧光珠和隔间边界的强标记,并且提供对显微图的更多洞察,从而消除观测偏差,则此处描述的数据分析是定量的。详细方案是专为受卡波西肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)感染的潜伏细胞和溶血细胞而设计的,可用于未感染的细胞或其他疱疹病毒感染的细胞5。定量方法适用于大多数细胞中核细胞质转移或亚细胞间重新定位的研究。
1. 原位荧光(FISH)抗感寡核苷酸,以检测特定的疱疹病毒记录仪
2. 寡核苷酸和细胞制备
3. 病毒RNA的固定、免疫荧光(可选)、杂交和可视化
4. FISH和IF图像的量化,以突出亚细胞定位并确定荧光的核细胞质比
本手稿中详述的 FISH 和 IF 方法如图1所示,以及按荧光强度线痕迹对结果进行量化。这里给出的结果是半定量的,提供了对定位的洞察,而不是不同荧光污渍的强度的比较,因为实验在幻灯片制备中不包括荧光珠。图1还显示,细胞质和核区域及其比率对于潜伏和溶性KSHV感染细胞是不同的。因此,面积在图2所示的核质比中控制。图2验证了本手稿中详细计算的核细胞质比,使用核控制、病毒聚化核(PAN)RNA和细胞质控制,宿主GAPDH mRNA。图 3显示,当 KSHV DNA 复制在裂解阶段被抑制使用磷酸( + PAA )或西多福韦( + Cido ),早期的 ORF59 - 58 转录转成主要细胞质定位。图3中的显微图和两种定量方法支持这一结果,并表明PANRNA在抑制病毒DNA复制和早期ORF59-58转录本形变化的情况下,仍对特定的核位点进行本地化。
图1:荧光强度线迹揭示KSHV转录本的荧光原位杂交(FISH)和KSHV复制舱的免疫荧光(IF)的细微之处。(A-B)TREx RTA (四环素诱导病毒复制和转录活化蛋白)的共聚焦图像 BCBL - 1 细胞 12 ,诱导多氧环素()进入溶酶相 24 小时。刻度条表示 10 μm . (A) 病毒RNA(绿色)和免疫荧光(IF)的病毒单链DNA结合蛋白(ORF6/SSB)(红色)的原位杂交(FISH),这是KSHV复制隔间的组成部分,表明病毒转录本在细胞质、核和核核心体外ORF6/SSB富集区(也称为复制室)中本地化。抗SSB抗体10在0.4%BSA/1x PBS中稀释至1:200,并在0.4%BSA/1x PBS中检测出1:500抗兔子Alexa Fluor 594二次抗体。本研究中使用的所有抗感寡核苷酸均在表1中提供。ORF59-58 mRNA的检测包括双电子和单细胞文字。然而,在KSHV感染的JSC-1细胞中,单细胞mRNA的丰度至少比双核细胞低18倍,并且可能只占观测到的13个荧光信号总量的一小部分。此外,PAN RNA寡核苷酸(SB88)之一也可以检测K7的病毒记录。与检测KSHV PAN RNA的信号相比,K7检测产生的信号没有那么显著,KSHV PAN RNA在溶性KSHV感染细胞14中几乎占所有聚化RNA的80%。此外,在检测K8.1 mRNA的四个抗感寡核苷酸(tkv13)中,有一个能够结合到K8.1的多种等体以及附近开放阅读帧(ORF)的其他等形。仅来自寡核苷酸 tkv13 的 FISH 信号不足(未显示数据)。四个寡核苷酸的组合杂交和它们在同一转录本上的结合可能提供观察到的强烈信号。(A) 中的白线侧翼单元描绘了 FISH 和 IF 信号的荧光强度的线路径,绘制在 (C) 中。(B) 以白线为两侧的 (A) 单元格的数字缩放图像。为简单起见,省略了蓝色 DAPI 通道。(C) 图显示了沿同一行每个污渍的相对荧光强度:*SSB(红色)、病毒转录本(绿色;图中指示的脚本)和 DAPI(蓝色)。带沙区域表示 DAPI 减少的区域对应于病毒复制隔间或 SSB/ORF6 富集区域。(D) 核区与细胞面积的比例变化,因此整个区域使用的荧光强度比是标准化的。(E) 为TREx RTA BCBL-1细胞测量的核和细胞区域,无论是否进行溶精活化。与未诱导的细胞相比,可以看到具有统计学意义的变化。框和胡须图表示 10 和 90 百分位数。图重印,从瓦莱里,莱瑟斯和同事15在知识共享归因许可证略有修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图 2:控制核质和细胞质FISH策略验证核细胞质比的计算方法。(A) FISH 用于宿主 GAPDH mRNA(红色)和病毒聚化核 (PAN) lncRNA (绿色) 和 DAPI 核染色 (蓝色) 是确定核细胞质比的计算方法的正 FISH 对照。宿主 GAPDH mRNA 是 KSHV 主机关闭效应的规范目标,在裂解诱导时降解,如下所示。(B) 沿(A)中白线向溶于流解细胞指示的线的荧光强度。DAPI(蓝色)、PAN RNA(绿色)和GAPDH mRNA(红色)。被调整的区域如图1中定义的那样。(C) 对图2和图3所示的三种细胞的荧光强度进行了量化,其中(A)(n = 150,每个GAPDH样本为150,ORF59-58或K8.1样本为75)。 .P 值: > 0.05 (ns), <0.05 (*), <0.005 (*) 和 <0.0005 (*)。(D) 在多氧之后24小时,TREx RTA BCBL-1细胞中具有代表性的RNA北方斑点。框和胡须图表示 10 和 90 百分位数。图重印,从瓦莱里,莱瑟斯和同事15在知识共享归因许可证略有修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图3:线痕和核细胞质比的计算显示,早期裂解ORF59-58转录在抑制病毒DNA复制时,细胞质有很强的转移。TREx RTA BCBL-1细胞治疗24小时,无药物(Unind),仅多氧环素(多氧),或使用多氧环素和疱疹DNA复制的抑制剂之一,磷酸(多氧+PAA)或西多福韦(多氧+Cido)。面板 (A-C) 显示从三个生物复制中收集的样本的数据.(A) 病毒细胞内DNA在病毒DNA复制抑制过程中的qPCR值归一化为宿主细胞GAPDH基因的启动DNA数量。(B) 北方斑点(左)和定量(右)显示病毒DNA复制抑制期间的总RNA水平。所有RNA的未诱导水平均无法检测。(C) 病毒ORF59-58转录本(绿色)和PANRNA(红色)在抑制病毒DNA复制时具有代表性的FISH图像。DAPI(蓝色)是核污点。(D) 对生物三元细胞进行(c)(n = 75)代表的细胞荧光强度的定量。(E) 沿(C)中白线指示的细胞绘制的线的荧光强度显示:DAPI(蓝色)、PAN RNA(红色)和ORF59-58 mRNA(绿色)。P 值: > 0.05 (ns), <0.05 (*), <0.005 (*) 和 <0.0005 (*)。本研究中所有寡核苷酸的序列在表1中提供。框和胡须图表示 10 和 90 百分位数。图为瓦莱里、瓦瑟斯和同事在知识共享归因许可证下转载。请点击此处查看此图的较大版本。
北奥利戈斯 | |||||||
奥利戈号 | 基因 | 序列 | 在基因内的位置 | 参考 NC009333.1 基因组的位置(数字不反映方向或链) | |||
KORF50 | KSHV RTA/ORF50 | CGCATTGGGTATATTGGGG | 1284 到 1309 | 73936 到 73961 | |||
JBW249 | KSHV SOX/ORF37 | 塔阿加特加卡卡卡卡加中协 | 262 到 291 | 57633 到 57662 | |||
tkv379 | KSHV ORF59-58 | TgggtCCGGATATGGGAATATGGGAACCT | 941 到 967 (ORF59 ORF) | 95879 到 95905 | |||
tkv13 | KSHV K8.1 | AAGGATAGGATGGGCCGGCTCTGGGGAT | 16 到 57 | 76029 到 76070 | |||
SB2 | KSHV PAN RNA | ACAATGCCACCTCCGC | 664 到 687 | 29496 到 29519 | |||
Rnase P | 人类RNase P | TGGGGGGGGTCTG | 319 到 339 | 不适用 | |||
FISH 探头 | |||||||
奥利戈号 | 基因 | 序列 | |||||
SB2 | KSHV PAN RNA | ACAATGCCACCTCCGC | 664 到 687 | 29496 到 29519 | |||
SB85 | KSHV PAN RNA | 中联委会 | 373 到 392 | 29205 到 29224 | |||
SB88 | KSHV PAN RNA | GTAAGCGCAGCCAAGGGGACTGGGGAGG | 1 到 22 | 28830 到 28854 | |||
tkv13 | KSHV K8.1 | AAGGATAGGATGGGCCGGCTCTGGGGAT | 16 到 57 | 76029 到 76070 | |||
tkv14 | KSHV K8.1 | TGATATTAAGGCTGTGTGTGTGGGGGGGGGGGA | 377 到 414 | 76390 到 76427 | |||
tkv15 | KSHV K8.1 | 格塔格塔格塔塔塔塔ACACACCGTTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCCC | 461 到 500 | 76474 到 76513 | |||
tkv16 | KSHV K8.1 | GGACAAGCCAAACACGCCTATG | 688 到 725 | 76701 到 76738 | |||
tkv376 | KSHV ORF59-58 | 塔加特加特加特加特加特克加特 | 54 到 79 | 96767 到 96792 | |||
tkv377 | KSHV ORF59-58 | GCCGATCCCCACTACTACTCCATATCCATATCCATATCCATATATCCGTT | 93 到 122 | 96724 到 96753 | |||
tkv378 | KSHV ORF59-58 | AAGGCTATGCCAGGAGAGATCTATTTTTA | 300 到 329 | 96517 到 96546 | |||
tkv379 | KSHV ORF59-58 | TgggtCCGGATATGGGAATATGGGAACCT | 941 到 967 | 95879 到 95905 | |||
tkv380 | KSHV ORF59-58 | AAAAGGGAACGAGTACAGGGGGGGCCTT | 1289 到 1315 | 95531 到 95557 | |||
tkv381 | KSHV ORF59-58 | AAACACTGCCGCGGATATCCCCCC | 1423 到 1450 | 95396 到 95423 | |||
tkv382 | KSHV ORF59-58 | TACCTGTATATATGGCGCGATATATACAC | 1571 到 1602 | 95244 到 95275 | |||
tkv383 | KSHV ORF59-58 | GGGGGGA加特加格加特加阿阿塔卡克塔格 | 2136 到 2173 | 94673 到 94710 | |||
斯特拉里斯 | 加普德 | 由斯特拉里斯预制 | 不适用 | 不适用 | |||
qPCR 引基器 | |||||||
tkv458 | GAPDH 发起人 | CTGCACCACACGCTTAG | 不适用 | 不适用 | |||
tkv459 | GAPDH 发起人 | GTCTCTGGGGGGAT | 不适用 | 不适用 | |||
tkv319 | KSHV ORF39 (gM) | GTGAGGTGCGCTGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG | 不适用 | 60075 到 60094 | |||
tkv320 | KSHV ORF39 (gM) | CCTGGGTCTGTTTTTT | 不适用 | 60218 到 60237 | |||
RT-qPCR 引基器 | |||||||
tkv 455 | K8/K-bZIP 转发 RT qPCR 底漆 | CGAAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGCG | 655 到 673 | 75603 到 75621 | |||
tkv 456 | K8/K-bZIP 反向 RT qPCR 底漆,用于未切片 | GCCATTTCCCATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATATAT | 755 到 774 | 75703 到 75722 | |||
tkv 457 | K8/K-bZIP 反向 RT qPCR 底漆,用于拼接 | CATCAGCATGCGAG | 871 到 888 | 75819 到 75836 | |||
JBW479 | 人类RNase P前进 | AGCTTAAACAACTACTAGGGGGGG | 238 到 257 | 不适用 | |||
JBW480 | 人类 RNase P 反向 | GCGG加加GTAGTTA | 317 到 336 | 不适用 |
表1:本出版物分析中使用的所有寡核苷酸。表1经美国微生物学会许可,根据瓦莱里等人的"知识共享归因"许可转载。
本报告中描述的方案可以适应不同的细胞类型,包括使用单克隆和多克隆原抗体的IF双RNA FISH和RNA FISH的步骤。虽然制备的幻灯片通常使用共聚焦显微镜进行成像,但经过抗体浓度增加和不同的安装介质的修改后,可以使用 STED(刺激发射消耗)显微镜进行成像。为了增强对单个细胞的分析,使用该协议制备的样品也可以由细胞分拣器或流动细胞仪进行分类、成像和分析,变化不大,如Borah及其同事16所示。但是,此协议不能用于活细胞成像。
详细的定量方法消除了观测偏差,并用于验证潜在的核质转移。当生物分子从均匀分散到特定亚细胞室的定位时,核质比也精确定位。这里介绍的结果是半定量的,而协议概述了加强量化的方法。核细胞质比和线痕的强度(步骤4)取决于使用荧光珠作为强度控制(步骤3.13)和使用清晰的亚细胞标记,如核拉明A/C的标记。此时,KSHV 病毒复制隔间不存在清晰的边界标记。无论如何,使用适当的标记,此计算可以扩展到其他亚细胞室。
本报告详述的协议的主要障碍是制定特定成绩单的FISH战略(步骤1)。成功依赖于抗感寡核苷酸的丰度和结合力。由于病毒基因组中存在重叠的开放阅读帧 (ORF),特定转录本的特异性变得更加困难。因此,病毒转录本通常具有序列相似性17与其他病毒转录本从同一基因组区域,特别是在疱疹病毒的情况下。通常,开发 FISH 战略必须利用更丰富的成绩单。为了排除FISH信号的缺失,用户应该使用U2 snRNA FISH策略执行FISH协议,以确认人体细胞和试剂制备中的技术和制备是足够的。同样,KSHV PAN RNA FISH 策略可以确认 KSHV 感染细胞中的溶性激活。为了排除抗感寡核苷酸结合的问题,作者建议开发几种抗感寡核苷酸。如果全部失败,一个商业选项是可用的,如使用GAPDH FISH策略在图2和瓦莱里,维瑟斯和同事15。
更强有力的算法来定义细胞和亚细胞边界将进一步消除量化偏差。某些分析图像处理软件可以为细胞、细胞核等设置边界,但需要明确的标记。对于此类软件而言,病毒复制隔间等异常细胞形态很难,这是未来发展的一个挑战。此外,此处描述的量化方法仅限于一个单元的一个光学切片(2D 图像分析)。虽然3D图像采集是可能的18,但未来定量3D图像分析的发展可能进一步洞察病毒复制隔间的时空调节。
提交人没有利益冲突可披露。
我们感谢乔纳森·罗登费尔斯、卡齐米尔兹·泰科夫斯基和约翰娜·威瑟斯就数据分析提供建议。我们还感谢G.海沃德的抗SSB抗体。这项工作得到了国家卫生研究院(TKV)和NIH赠款(CA16038)(JAS)的T32GM007223和T32AI055403的资助。JAS是霍华德·休斯医学研究所的研究员。图1-3和表1经美国微生物学会许可转载,从以下出版物获得知识共享归因许可:瓦莱里、T.K.、威瑟斯、J.B.、安多、斯蒂茨、J.A.卡波西的《萨科马联系》核病毒中的疱疹病毒mRNA积累受病毒DNA复制和病毒非编码多基因化核RNA的影响。病毒学杂志。92 (13), doi:10.1128/JVI.00220-18, (2018)。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
AlexaFluor594-5-dUTP | Life Technologies | C1100 | |
anti-DIG FITC | Jackson Lab Immunologicals | 200-092-156 | |
Anti-Rabbit Secondary AlexaFluor594 Monoclonal Antibody | Invitrogen | A-11037 | Goat |
Anti-SSB Antibody | N/A | N/A | Ref. Chiou et al. 2002 |
BLASTn | NIH NCBI | N/A | Free Sequence Alignment Software |
Dextran Sulfate | Sigma Aldrich | D8906 | Molecular Biology Grade |
DIG-Oligonucleotide Tailing Kit | Sigma Roche | #03353583910 | 2nd Gen |
Eight-Chamber Slides | Nunc Lab Tek II | #154453 | Blue seal promotes surface tension but separation by clear gel is also available. |
Formamide | Sigma Aldrich | F9037 | Molecular Biology Grade |
GAPDH Probes | Stellaris | SMF-2019-1 | Compatible with protocol, Quasar 670 |
ImageJ | NIH, Bethesda, MD | N/A | Free Image Analysis Software, [http:rsb.info.nih.gov/ij/] |
OligoAnalyzer | IDT | N/A | Free Oligonucleotide Analyzer |
pcDNA3 | Invitrogen | A-150228 | |
pmaxGFP | Amaxa | VDF-1012 | |
Poly L-Lysine | Sigma Aldrich | P8920 | |
Terminal Transferase | Sigma Roche | #003333574001 | |
Vanadyl Ribonucleoside Complexes | NEB | S1402S | |
Vectashield | Vector Laboratories, Inc. | H-1000 | DAPI within the mounting media scatters the light and reduces contrast. |
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