Method Article
Tres ensayos, incluyendo el efecto citopático (CPE) a base de ensayo, ensayo de dosis-respuesta y (TOA) ensayo de tiempo-de-Adición se han desarrollado, optimizado, validado y utilizado para identificar nuevos antivirales contra el virus de la lengua azul (BTV), así como para determinar el posible mecanismo de acción-de-(Ministerio de Agricultura) de antivirales recientemente identificados.
Identificar potenciales antivirales contra BTV, hemos desarrollado, optimizado y validado tres ensayos que aquí se presentan. El ensayo basado en CPE fue el primer ensayo desarrollado para evaluar si un compuesto mostró ninguna eficacia antiviral y se han utilizado para cribar gran biblioteca de compuestos. Mientras tanto, la citotoxicidad de los antivíricos también podría ser evaluado usando el ensayo basado en CPE. El ensayo de dosis-respuesta fue diseñado para determinar el rango de eficacia para el antiviral seleccionado, es decir, la concentración inhibitoria del 50% (IC 50) o la concentración efectiva (CE 50), así como su gama de citotoxicidad (CC 50). El ensayo ToAs fue empleado para el estudio inicial el Ministerio de Agricultura para determinar el mecanismo subyacente de los nuevos antivirales durante BTV ciclo de vida viral o el posible efecto en la maquinaria celular del huésped. Estos ensayos son de vital importancia para la evaluación de la eficacia antiviral en el sistema de cultivo de células, y se han utilizado para nuestras investigaciones recientes conducirción a la identificación de una serie de nuevos antivirales contra BTV.
BTV es un virus ARN de cadena doble-prototipo en el género Orbivirus, familia Reoviridae. BTV es una de las enfermedades más importantes de los animales domésticos, incluyendo ovejas, cabras, ganado y otros animales domésticos, con la pérdida de $ 3 mil millones / año en todo el mundo 1,2. La exótica serotipo BTV es un patógeno animal importante que aparece en el "USDA Alta Consecuencia Ganado patógenos." Recientemente, la re-emergente de BTV ha causado un brote importante de la enfermedad en el ganado vacuno y ovino en varios países de todo el norte de Europa 3,4. Como resultado de su importancia económica y como un sistema modelo, BTV ha sido objeto de extensos estudios moleculares, genéticos y estructurales, y varios se han desarrollado vacunas. Sin embargo, debido a la falta de ensayos adecuados para el descubrimiento de fármacos antivirales, no hay antivirales disponibles contra BTV.
En una selección de alto rendimiento reciente campaña (HTS) usando BTV como el sistema modelo, developed, optimizado y validado un ensayo basado en CPE para identificar potenciales antivirales de amplio espectro contra los arbovirus 5. Ensayo basado-CPE es un ensayo bien reconocido que se ha utilizado en el descubrimiento de fármacos antivirales contra un número de virus que induce una rápida y observables CPE / apoptosis 5-7. En nuestro sistema, después de la infección BTV, el ECP es evidente en las células de vertebrados, incluyendo células HeLa, BSR, y HEK 293T 8. CPE inducida por BTV podría controlarse y cuantificarse utilizando diversos métodos de detección de la viabilidad celular, incluyendo el kit de reactivo de la viabilidad celular CellTiter Glo (kit de CTG) 9. Este kit determina el número de células viables en cultivo basado en la cuantificación del ATP celular presentado, que señala la presencia de células vivas metabólicamente activas. En condiciones optimizadas, el ensayo basado en CPE que aquí se presenta mostró su viabilidad con la "mezclar y medir" protocolo de un paso, y la flexibilidad con señales luminiscentes estables. Mientras tanto, los compuestos tóxicos Reducing la viabilidad celular se puede excluir en este ensayo basado en CPE. El ensayo basado en CPE mostró su robustez y fiabilidad para el descubrimiento de fármacos antivirales contra BTV, y se ha utilizado para detectar el NIH bibliotecas moleculares de moléculas pequeñas Repositorio (MLSMR), que conduce a la identificación de seis clúster novela de potencial compuesto de plomo antiviral (s ) 5.
Cuando un compuesto antiviral potencial ha sido identificado utilizando el ensayo basado en CPE, que tendrá que ser sometido al ensayo de dosis-respuesta de diez concentración para determinar el rango de eficacia antiviral y la citotoxicidad 2. La eficacia antiviral, representada como la concentración inhibitoria del 50% (IC 50) o la concentración efectiva 50% (CE 50), es la concentración de un fármaco que inhibe a mitad de camino de CPE inducido por el virus entre la línea de base y máxima. La citotoxicidad de los antivirales, es decir, la concentración de la citotoxicidad 50% (CC 50), es la concentraciónde un fármaco que induce 50% de citotoxicidad entre la línea de base y máxima. El índice selectivo (SI), que se denota como 50% de Si (SI 50) se calcula a partir de CC 50 / IC 50 que determina la especificidad de la antiviral contra el CPE inducido por el virus. El IC 50 (o CE 50), CC 50 y SI 50 valores son medidas críticas para determinar si un compuesto antiviral es potente y selectivo para el desarrollo de drogas.
Cuando un antiviral no mostró toxicidad manifiesta in vitro, sin embargo, el virus impedido inducida CPE y el ciclo de vida viral productiva, es importante para caracterizar su Ministerio de Agricultura 2. Iniciamos dicha caracterización mediante la realización de ensayo de Toa para determinar el paso posible (s) del ciclo de vida del virus que queda afectada por el antiviral. En general, el compuesto antiviral se añadieron a las células a diferentes tiempos pre-o post-infección de virus. Si se añaden los antivirales a las células infectadas por publicar en su objetivo sTEP durante el curso de la infección, que daría lugar a una menor actividad en comparación con la que se añadió antes de la etapa. Así, el estudio ToAs es fundamental para determinar la eficacia antiviral de un compuesto, y su objetivo potencial, ya sea en el ciclo de vida viral o la maquinaria de acogida que participan en el ciclo de vida viral.
Para los tres ensayos, la viabilidad celular se determinó usando el kit de CTG siguiendo las instrucciones del fabricante 5. Este sistema de detección emite señales de luminiscencia adecuados que podrían ser analizados utilizando distintos programas informáticos en la empresa. Cada ensayo se validó y se realiza al menos por triplicado, con ocho réplicas. Para todos los datos obtenidos, tres parámetros, incluyendo valor medio (AVE), desviación estándar (STDEV), y coeficiente de variación (CV) se analizaron para determinar la robustez del ensayo. Una vez que la robustez del ensayo se ha determinado, serán analizados con mayor detalle los datos y se representan utilizando diversos bioestadística y gráficamenteherramientas de c 2.
1. Células, Virus y el antiviral compuestos
2. Ensayo basado en la CPE Utilizando Kit CTG
3. Ensayo de dosis-respuesta
4. Time-of-Adición (TOA) Ensayo
5. Análisis de Datos
1. Eficacia antiviral del compuesto
El ensayo CPE basado en células fue desarrollado, optimizado y validado in vitro utilizando el kit de CTG a base de luminiscente para identificar nuevos antivirales contra BTV como se ha descrito previamente 2,5. El ensayo de respuesta de diez dosis fue empleado para reflejar la eficacia antiviral y la citotoxicidad de un compuesto de plomo identificado por la medición del número de células metabólicamente viables en cultivo basado en la cuantificación del ATP celular presentado en las células vivas 5,11. En nuestro informe anterior, se evaluaron una serie de compuestos antivirales potenciales, incluyendo los compuestos de cada grupo identificado a través de HTS contra BTV 5, y sus derivados a través de la síntesis de novo 2. Con base en su CE 50, CC 50 y SI 50, varios compuestos de plomo prometedores fueron identificados con eficacia antiviral potente, baja toxicidad y alta selectividad. Por ejemplo, compound052 (C052)estaba decidido a tener una EC50 de 0,27 ± 0,12 mM (Figura 1) 2 y un 50 CC de 82,69 M, ambos muestran curvas típicas regresivas bajo la regresión no lineal de análisis 2. El SI 50 de C052 se determinó a 306 sobre la base de sus 50 CE y CC 50 valores. La eficacia antiviral escala nanomolar, baja toxicidad, y en consecuencia alta SI 50 indicaron que C052 podría ser un antiviral potente y selectivo de la lengua azul.
2. Potencial Ministerio de Agricultura para el compuesto antiviral
El ensayo ToAs tuvo como objetivo determinar el grado posible (s) del ciclo de vida viral dirigido por los compuestos. Cuando la adición de C052 a 1 o 2 h antes de la infección por el virus, es decir, -1 y -2 hpi, las eficacias antivirales se mantuvo en la escala nanomolar (Figura 2) 2, lo que indica que C052 podría actuar más allá de la fase temprana del ciclo de vida viral, tales como la entrada del virus. Furthermore, la eficacia antiviral se mantuvo sin cambios hasta el C052 se añadió a las células infectadas como más tarde como 24 hpi. Cuando se añade a 32 hpi, el porcentaje de células viables disminuyó en las células de tratamiento C052, C052 lo que indica que era menos protectora en esta etapa del ciclo de vida viral. Cuando se añade a las 48 hpi, no había ninguna protección a las células BSR desde CPE inducido por BTV. Desde el primer ciclo de replicación del virus BTV usualmente completado en las células infectadas en 24 hpi, nuestros resultados sugieren que el C052 puede actuar en las últimas etapas del ciclo de vida del virus BTV, como la replicación del virus, el embalaje, la maduración y la salida. Mientras tanto, también es posible que C052 puede actuar sobre los mecanismos celulares del huésped que estuvieron involucrados durante el ciclo de vida viral tardía-2.
Tabla 1. El diseño de la placa de ensayo de dosis-respuesta. La eficacia antiviral de la C052 fue evaluard en una escala de 96 pozos en la placa de 384 pocillos. Cada tratamiento, incluyendo infección por el virus además de diferentes concentraciones C052, se realizó con ocho réplicas. En 72 hpi, la viabilidad celular se determinó usando el kit de CTG.
Tabla. 2 El diseño de la placa para el ensayo de Tiempo de adición (TOA). El ensayo Toa del C052 se evaluó en la placa de 384 pocillos como se indica en la disposición. Cada tratamiento, incluyendo infección por el virus más el tiempo de la adición de C052, se llevó a cabo con ocho réplicas. El IPH -2 y -1 indican que C052 se añadió a las células antes de la infección BTV. A 0 hpi, se añadieron BTV y C052 de forma simultánea. A 72 hpi, la viabilidad celular se determinó utilizando el kit CTG. Haga clic aquí para ver la tabla .
Figura 1. La eficacia antiviral de C052. Células fueron infectadas por dicho virus a una MOI de 0,01 en presencia de diez concentraciones diferentes de C052, como se indica en la figura. La viabilidad celular se determinó a 72 hpi, utilizando el kit de CTG. Cada punto de datos representa medios y SD de cinco repeticiones. Esta cifra ha sido modificado de Gu et al. 2012 2.
Figura 2. El ensayo de tiempo-de-adición para C052. C052 a 2,5 mM y 0,27 mM, respectivamente, se añadió a las células infectadas BTV en diferente hpi como se indica, y la protección de C052 contra CPE BTV inducida, o la viabilidad celular, se midió usando el kit CTG a las 72 hpi cada punto de datos representa el valor medios y SD de ocho repeticiones independientes. Esta cifra ha sido modificado de Gu et al. 2012 2.
Para la identificación inicial de los accesos antivirales, uno de los pasos principales para el descubrimiento y desarrollo de fármacos antivirales es para desarrollar ensayos robustos, que incluye la selección de un marcador cuantificable, el desarrollo de un protocolo simple, la obtención de señales suficientes y menos de 10% de CV. La mayoría de las pantallas bioquímicos o basados en células están diseñados para proporcionar un punto de partida química basado en el, ensayo simple y de bajo costo más robusto, debido a la reproducibilidad requerida en el proceso de selección y el número potencialmente grande de moléculas que se proyectarán. El ensayo basado en CPE fue designado para cumplir estos requisitos para identificar los accesos eficaces a partir de una biblioteca de compuestos de gran tamaño. CPE se refiere al efecto adverso en las células cultivadas asociadas con la multiplicación de los virus. Varios ensayos están disponibles para usar el indicador de CPE a través de la medición de una variedad de diferentes marcadores que indican el número de células muertas (citotoxicidad), el número de células vivas (viabilidad), y el mecanismode la muerte celular (apoptosis). Los reactivos comerciales para ensayo basado en CPE están disponibles con un protocolo de ensayo simple. Por ejemplo, el kit de CTG incluye la etapa única "mezclar y medir" y ha sido ampliamente utilizado para cuantificar el CPE inducido por el virus. Sin embargo, ensayo basado en CPE se limita a virus que podrían inducir CPE rápida. Para los virus que no inducen CPE rápida, se han desarrollado diversos ensayos. Por ejemplo, el ensayo basado en replicón usando la línea celular de replicón-albergar permite la detección de inhibidores de la replicación vírica, incluida la traducción, procesamiento de las poliproteínas, y menos-y-además de síntesis de la cadena de ARN 12-14. Las estrategias de ARN antisentido y cribado virtual de bibliotecas de moléculas pequeñas también se podrían utilizar para identificar posibles antivirales 15,16. Sin embargo, es crítico que la eficacia de un fármaco antiviral ser validado en el ensayo basado en células in vitro que permite la evaluación de la eficacia antiviral contra todo el ciclo de vida viral. Basada en CPEensayo ha sido adaptado con éxito en formato de alto rendimiento y es una de la prueba más fiable y robusto para la selección de bibliotecas de compuestos de gran tamaño, incluyendo recientemente realizadas HTS proyecciones contra el virus de la gripe 6,17, síndrome respiratorio agudo coronavirus (SARS-CoV) 18 , arenavirus 19 y reovirus (virus de la lengua azul) 5.
El ensayo de dosis-respuesta fue designado para validar aún más la eficacia antiviral de los accesos identificados a través de la base de ensayo CPE dosis única, por lo general después de cribado de una biblioteca de compuestos de gran tamaño. Estos éxitos, aunque identificado con actividad antiviral, necesitan una confirmación posterior para revelar su potencial para convertirse en una droga. Eficacia antiviral de un compuesto puede ser revelada a través del análisis a través de la CE 50, CC 50 y SI 50 valor mediante el análisis de respuesta a la dosis. Mientras tanto, fuera desviado o falsos positivos serán identificados, y el número de borrador plomoounds podría ser reducido. A través de este análisis, el orden de las potencias de los compuestos y la toxicidad podría ser clasificado para dirigir el futuro descubrimiento de fármacos antivirales, sobre todo para la relación estructura-actividad (SAR) el análisis y la futura modificación de la química médica. De hecho, el compuesto C052 era un derivado del compuesto C003, que asocia con buenas propiedades similares a fármacos tanto in vitro como in vivo.
Para cumplir con los requisitos para un medicamento, que es una necesidad para determinar su Ministerio de Agricultura, es decir, para caracterizar la interacción de un compuesto con su objetivo en concentraciones fisiológicas. Varios ensayos han sido desarrollados de antivirales particulares, es decir, para inhibir no sólo el objetivo, pero tener solubilidad aceptable, la permeabilidad, la proteína de unión de perfiles, selectividad, metabolismo y toxicidad. Dado que los estudios del Ministerio de Agricultura fueron ensayo de bajo rendimiento que necesitan laboriosos esfuerzos, sólo unas pocas moléculas seleccionadas, con potente EC50, alta CC 50 y high SI 50 valor, podría analizarse fácilmente. Una comprensión del Ministerio de Agricultura de un compuesto en esta etapa se puede añadir profundidad a la interpretación de la actividad celular o su ausencia. El estudio ToAs se designa para reducir la etapa en que el antiviral interactúa con objetivos virales o de acogida. Conociendo un compuesto es competitivo con un sustrato en cierto ciclo vital etapa viral podría proporcionar una dirección inmediata para su posterior análisis Ministerio de Agricultura. Alternativamente, ensayo basado en células más potente con el mecanismo conocido, incluido el test de pantalla directamente para el VIH-1 inhibidores de la integrasa 20, la inhibición de la unión del virus a la superficie de la proteína 21 se podría utilizar que proporcionan conocido Ministerio de Agricultura antes de exámenes reales 22. Mientras que los éxitos de estos screening pueden relacionada con bien al Ministerio de Agricultura designado, en realidad el Ministerio de Agricultura también puede que tenga que someter a Toa y otro mecanismo de los estudios de acción.
En resumen, el uso de los tres ensayos informó aquí, hemos examinado e identificado con éxitovarios antivirales potentes contra BTV, incluyendo C003 y C052 2. En particular, la IS 50 (de C052 se levantó a 306, lo que sugirió que la C052 es altamente selectiva contra BTV. A través de los Toa y otros estudios del Ministerio de Agricultura que se presentan en el documento original, propusimos que C052 podría ser un agente antiviral potencial interacción con el anfitrión maquinaria autofagia, podría convertirse en una droga anti-BTV.
Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.
Este proyecto fue apoyado por el subsidio 1R03MH08127-01 y 7R03MH08127-02 de los NIH para P. Li, y por los fondos de IMPACTO del Departamento de Medicina de la UAB a Q. Li. El apoyo del Fondo Molette y la Universidad de Auburn es apreciado. También agradecemos a las asistencias técnicas de la Sra. Pulin Che y el Sr. Volodymyr Musiienko durante el transcurso de la obra.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DMEM medium | Gibco | 1134218 | For cell culture |
FBS | Gibco | 16000044 | For cell culture |
0.05% Trypsin-EDTA | Gibco | 1000185 | For cell culture |
DPBS | Gbico | 1049769 | For cell culture |
CellTiter-Glo (CTG) kit | Promega | TB288 | For cell viability measurement |
70% ethanol | Fisher | S25309B | Diluted from 95% |
Antiviral huashilcompounds | NIH MLSMR and de novo synthesis | ||
BTV-10 | ATCC | VR-187 | |
BSR cell | Developed in house | ||
Synergy-II multi-mode microplate reader | BioTek | For luminescent signal reading | |
MicroFlo select dispenser | BioTek | Adding cells, virus, and reagents | |
384-well flat-bottom microplate | CORNING | 28908031 | For cell culture |
Gen. 5 software | BioTek | For analysis of reading outputs from Synergy-II multi-mode microplate reader | |
GraphPad Prism 5 | GraphPad | Version 5 | For biostatic analysis and plot |
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados