Method Article
שלושה מבחני, כולל השפעת cytopathic (CPE) מבוססת assay, assay מנת התגובה וassay בזמן של תוספת (TOA) פותחו, אופטימיזציה, תוקף ומנוצל כדי לזהות antivirals רומן נגד וירוס Bluetongue (BTV), כמו גם כדי לקבוע את הפעולה מנגנון-of-האפשרית (משרד חקלאות) לantivirals זיהה לאחרונה.
לזהות antivirals הפוטנציאלי נגד BTV, פיתחנו, מותאם ומאומתים שלושה מבחני שהוצגו כאן. Assay מבוסס CPE היה assay הראשון שפותח כדי להעריך אם מתחם הראה שום יעילות אנטי ושמש למסך ספריית מתחם גדולה. בינתיים, cytotoxicity של antivirals יכול גם להיות מוערך באמצעות assay מבוסס CPE. Assay מנת התגובה נועד לקבוע את טווח היעילות לנגיפים שנבחרו, כלומר 50% ריכוז מעכב (IC 50) או ריכוז יעיל (50 EC), כמו גם מגוון של cytotoxicity (CC 50). Assay TOA הועסק ללימוד משרד החקלאות הראשוני כדי לקבוע את המנגנון הבסיסי של antivirals הרומן במהלך מחזור חיים נגיפיים BTV או ההשפעה האפשרית על מנגנון תאי מארח. מבחני אלה הם חיוניים להערכת יעילות אנטי במערכת תרבית תאים, והיה בשימוש במשך המחקרים האחרונים שלנו להובילing לזיהוי של מספר התרופות אנטי רומן נגד BTV.
BTV הוא וירוס RNA כפול גדילי אב טיפוס בסוג Orbivirus, משפחת Reoviridae. BTV הוא אחת המחלות החשובות ביותר של בעלי חיים מקומיים, ובם כבשים, עז, בקר וחיות בית אחרות, עם אובדן 3000000000 $ / שנה ברחבי העולם 1,2. סרוטיפ BTV האקזוטי הוא פתוגן בעלי חיים חשוב מופיע בסעיף 'פתוגנים משק החי התוצאה USDA גבוהה ". לאחרונה, מחדש מתפתח של BTV גרם להתפרצות גדולה של מחלה בבקר וצאן במספר המדינות באירופה הצפונית 3,4. כתוצאה מהמשמעות הכלכלית שלה כמערכת מודל, BTV כבר את הנושא של מחקרים מולקולריים, גנטיים ומבניים נרחבים, ומספר חיסונים פותחו. עם זאת, בשל המחסור במבחנים ראויים לגילוי תרופות אנטי, אין antivirals זמין נגד BTV.
בהקרנת תפוקה גבוהה לאחרונה במסע פרסום (HTS) תוך שימוש BTV כמערכת המודל, אנחנו דeveloped, מותאם ומאומתים assay מבוסס CPE לזהות antivirals ספקטרום רחב הפוטנציאלי נגד arboviruses 5. assay מבוסס CPE הוא assay מוכר היטב כי כבר בשימוש בגילוי תרופות אנטי נגד מספר הווירוסים שנגרם CPE / אפופטוזיס המהיר והנצפה 5-7. במערכת שלנו, זיהום BTV הודעה, CPE בא לידי ביטוי בתאים בעלי חוליות, כוללים הלה, ב.ס. ר, וHEK 293T 8. CPE-Induced BTV יכול להיות במעקב ולכמת באמצעות שיטות זיהוי כדאיות תא שונות, כוללים ערכת CellTiter Glo מגיב כדאיות תא (ערכת CTG) 9. ערכה זו קובע את מספר תאי קיימא בתרבות המבוססת על quantitation של ה-ATP הסלולרי הוצג, מה שמסמן את נוכחותם של תאי חיים פעילים מטבולית. בתנאים אופטימליים, מבוסס assay CPE מוצג כאן הראה ההיתכנות שלה עם הפרוטוקול "לערבב ולמדוד" צעד אחד, וגמישות עם אותות זורח יציבים. בינתיים, Redu תרכובות רעילותcing כדאיות תא לא ייכללו בassay מבוסס CPE זה. Assay מבוסס CPE הראה עמיד ואמין לגילוי תרופה אנטי נגד BTV שלה, ומאז משמש למסך NIH הספריות מולקולריות המולקולה קטנה Repository (MLSMR), מה שמוביל לזיהוי של שישה אשכול רומן של מתחם להוביל אנטי פוטנציאלי (ים ') 5.
כאשר תרכובת אנטי פוטנציאלית זוהתה באמצעות assay מבוסס CPE, זה יהיה צריך להיות חשוף לassay מנת תגובת עשר הריכוז כדי לקבוע את טווח היעילות וcytotoxicity 2 אנטי. היעילות אנטי, מיוצג כ50% הריכוז המעכב (50 IC) או 50% הריכוז היעיל (50 EC), היא הריכוז של תרופה אשר מעכבת באמצע הדרך CPE-induced וירוס בין קו הבסיס והמקסימום. Cytotoxicity של antivirals, כלומר ריכוז 50% cytotoxicity (CC 50), הוא הריכוזשל תרופת גרימת 50% מcytotoxicity בין קו הבסיס והמקסימום. המדד סלקטיבית (SI), מסומן כ50% SI (50 SI) מחושב מCC 50 / IC 50 הקובע את הספציפיות של נגיפים נגד CPE-induced וירוס. IC 50 (או 50 EC), CC 50 וSI 50 ערכים הם צעדים קריטיים כדי לקבוע אם תרכובת אנטי היא חזקה ובררנית לפיתוח תרופות נוסף.
כאשר נגיפים לא הראו כל רעילות גלויה במבחנה, אך וירוס מנע מושרה CPE ומחזור החיים הנגיפי היעיל, חשוב לאפיין משרד החקלאות שלה 2. אנחנו יזמנו אפיון כזה על ידי ביצוע assay TOA כדי לקבוע את הצעד האפשרי (ים) של מחזור החיים נגיפי שמושפע אנטי. באופן כללי, מתחם אנטי נוספו לתאים בזמנים שונים מראש או זיהום שלאחר וירוס. אם antivirals נוספו לתאים הנגועים לפרסם ליעד שלהTEP במהלך ההדבקה, הוא יביא לפעילות נמוכה יותר בהשוואה לזו שהתווסף לפני הצעד. לכן, מחקר TOA הוא קריטי לקביעת היעילות אנטי של מתחם, והיעד הפוטנציאלי שלו, או על מחזור החיים הנגיפי או מכונות המארח מעורבות במחזור החיים הנגיפי.
לכל שלושת מבחני, כדאיות תא נקבעה באמצעות ערכת CTG בעקבות ההוראה של היצרן 5. מערכת זיהוי זה פלטי אותות הארה הולמים שיכול להיות מנותח באמצעות תוכנות שונות בבית. כל assay קבל תוקף ומתבצע לפחות בשלושה העתקים עם שמונה העתקים. לכל הנתונים שהתקבלו, שלושה פרמטרים, כולל ערך ממוצע (AVE), סטיית תקן (STDEV), ווריאצית שיתוף יעיל (CV) נותחו על מנת לקבוע את החוסן של assay. ברגע שהחוסן של assay נקבע, הנתונים ינותחו נוספים וזממו באמצעות יוסטאטיקה וgraphi שוניםכלים ג 2.
1. תאים, וירוסים והתרכובות אנטי
2. Assay מבוסס CPE באמצעות ערכת CTG
3. Assay מנת התגובה
4. בזמן של תוספת Assay (TOA)
5. ניתוח נתונים
1. יעילות אנטי של מתחם
Assay CPE מבוסס התאים פותח, מותאם ותוקף במבחנה באמצעות ערכת CTG מבוסס זורח לזהות antivirals רומן נגד BTV כפי שתואר לעיל 2,5. Assay התגובה עשרה המינון הועסק כדי לשקף את היעילות ורעילה לתאי נגיפים של מתחם להוביל זוהה על ידי מדידת מספר תאי קיימא מטבולית בתרבות המבוססת על quantitation של ה-ATP הסלולרי הוצגה בתאים חיים 5,11. בדו"ח הקודם שלנו, מספר התרכובות אנטי פוטנציאל הוערכו, כולל תרכובות מכל אשכול שזוהו באמצעות HTS נגד BTV 5, ונגזרים שלהם באמצעות דה נובו סינתזה 2. בהתבסס על EC 50, CC 50 ו50 SI, כמה תרכובות יתרון מבטיחות זוהו עם יעילות רבת עוצמה אנטי, רעילות נמוכה וסלקטיביות גבוהה. לדוגמא, compound052 (C052)היה נחוש בדעה יש לי EC 50 של 0.27 ± 0.12 מיקרומטר (איור 1) 2 ו CC 50 של 82.69 מיקרומטר, שני עקומות רגרסיביות טיפוסיות מראים מתחת לרגרסיה שאינה ליניארי מנתח 2. SI 50 של C052 נקבע ב306 מבוסס על EC 50 וCC 50 ערכיה. היעילות בקנה מידה nanomolar אנטי, רעילות נמוכה, וכתוצאה מכך גבוהים SI 50 ציינו כי C052 עשוי להיות אנטי חזק וסלקטיבית נגד BTV.
2. משרד חקלאות פוטנציאל למתחם אנטי
Assay TOA נועד כדי לקבוע במה האפשרית (ות) של מחזור החיים נגיפי הממוקד על ידי תרכובות. בעת הוספת C052 בשעה 1 או 2 לפני הדבקת BTV, כלומר -1 ו -2 HPI, efficacies אנטי נשאר בקנה מידת nanomolar (איור 2) 2, המציין כי C052 עלול לפעול מעבר לשלב המוקדם של מחזור החיים נגיפי, כגון כניסת וירוס. Furthermore, היעילות אנטי נותרה ללא שינוי עד C052 התווסף לתאים נגועים כמאוחר יותר כ24 HPI. כאשר נוספו ב32 HPI, אחוז תאי קיימא ירד בתאי טיפול C052, המציין כי C052 היה פחות מגונן בשלב זה של מחזור החיים נגיפי. כאשר נוספו ב48 HPI, לא הייתה שום הגנה לתאים ב.ס. ר מCPE-Induced BTV. מאז המחזור של שכפול הנגיפי BTV בדרך כלל סיים בתאים נגועים בתוך 24 HPI הראשון, התוצאות שלנו הציעו שC052 עלולה לפעול בשלבים המאוחרים של מחזור החיים נגיפי BTV, כמו שכפול של נגיף, אריזה, התבגרות ויציאה. בינתיים, אפשר גם שC052 עשויה לפעול במנגנונים תאיים מארח שהיו מעורבים במהלך מחזור החיים נגיפי מאוחר 2.
טבלת 1. פריסת הצלחת עבור assay מנת התגובה. היעילות אנטי של C052 הייתה להעריך ד בהיקף 96 היטב בתוך הצלחת 384 גם. כל טיפול, כולל זיהום BTV תוספת ריכוזי C052 שונים, בוצע עם שמונה העתקים. ב72 HPI, כדאיות תא נקבעו באמצעות ערכת CTG.
שולחן. 2 פריסת הצלחת עבור assay בזמן של תוספת (TOA). Assay TOA של C052 הוערך בצלחת 384 גם כפי שצוין בפריסה. כל טיפול, כולל זיהום BTV בתוספת זמן של הוספת C052, בוצע בשמונה העתקים. HPI -2 ו -1 מצביע על כך שC052 התווסף לתאים לפני זיהום BTV. ב 0 HPI, BTV וC052 נוספו בו זמנית. ב72 HPI, כדאיות תא נקבעו באמצעות ערכת CTG. לחץ כאן לקבלת לוח.
ithin-page = "תמיד">
איור 1. היעילות אנטי של C052. תאים היו נגועה בBTV במשרד הפנים של 0.01 בנוכחות של עשרה ריכוזים שונים של C052, כפי שצוינה באיור. כדאיות תא נקבעו ב72 HPI, שימוש בערכת CTG. כל נקודת נתונים מייצגת אמצעים וSD מחמש חזרות. נתון זה שונה מהגו et al. 2012 2.
איור 2. Assay הזמן של בנוסף לC052. C052 ב2.5 מ"מ ו0.27 מ"מ, בהתאמה, התווסף לתאי BTV נגועים בHPI שונה כפי שצוין, וההגנה של C052 נגד CPE BTV המושרה, או כדאיות תא, נמדדה באמצעות ערכת CTG ב72 HPI כל נקודות נתונים מיוצגות הערך הממוצעs ו-SD משל שמונה חזרות עצמאיות. נתון זה שונה מהגו et al. 2012 2.
לזיהוי הראשוני של להיטים אנטי, אחד הצעדים המרכזיים לגילוי תרופות אנטי ופיתוח הוא לפתח מבחני חזקים, הכולל בחירת סמן לכימות, פיתוח פרוטוקול פשוט, קבלת אותות מספיקים וקורות חיים פחות מ -10%. רוב המסכים ביוכימי או מבוסס תאים נועדו לספק נקודת התחלה כימית המבוססת על assay חזק ביותר, הפשוט וזול, בשל שחזור נדרש בתהליך המיון והמספר פוטנציאלי הגדול של מולקולות שיוקרנו. Assay מבוסס CPE היה מיועד כדי לעמוד בדרישות אלה כדי לזהות להיטים יעילים מספריית מתחם גדולה. CPE מתייחס להשפעה השלילית על התאים בתרבית הקשורים להכפלה של וירוסים. מבחני שונים זמינים לשימוש מחוון CPE באמצעות מדידת מגוון רחב של סמנים שונים המציינים את מספר התאים המתים (cytotoxicity), מספרם של תאי חיים (כדאיות), והמנגנוןשל מוות של תאים (אפופטוזיס). ריאגנטים מסחריים עבור assay מבוסס CPE זמינים עם פרוטוקול assay פשוט. לדוגמא, ערכת CTG כוללת את הצעד "לערבב ולמדוד" אחת וכבר בשימוש נרחב לכמת CPE וירוס מושרה. עם זאת, assay מבוסס CPE מוגבל לוירוסים שיכולים לגרום לCPE המהיר. לוירוסים שלא לגרום CPE המהיר, מבחני שונים פותחו. לדוגמא, מבוסס assay replicon באמצעות שורת תאי מחסה-replicon מאפשר הקרנה למעכבים של שכפול נגיפי, כוללים תרגום, עיבוד polyprotein, ומינוס ופלוס גדיל סינתזה RNA 12-14. אסטרטגיות RNA antisense וההקרנה וירטואלית של ספריות מולקולה קטנה יכולים לשמש גם כדי לזהות antivirals האפשרי 15,16. עם זאת, זה קריטי, כי היעילות של תרופה אנטי להיות מאומתת בassay מבוסס תאים במבחנה המאפשר ההערכה של יעילות אנטי נגד מחזור החיים הנגיפי השלם. מבוסס CPEassay הותאם בהצלחה לפורמט תפוקה גבוהה, והוא אחד של assay אמין ויציב ביותר להקרנה של ספריות מתחם גדולות, כוללים הקרנות HTS נעשו לאחרונה נגד נגיף שפעת 6,17, קורונה תסמונת החמורה חריפה בדרכי הנשימה (SARS-COV) 18 , Arenaviruses 19, וreovirus (וירוס Bluetongue) 5.
Assay מנת התגובה היה מיועד כדי לאמת עוד יותר את היעילות אנטי של הנפילות באמצעות assay מבוסס CPE המנה הבודד, בדרך כלל לאחר הקרנת ספריית מתחם גדולה. הלהיטים הללו, למרות שהיו מזוהים עם פעילות אנטי, צריכים אישור נוסף כדי לחשוף את הפוטנציאל שלהם להפוך לתרופה. יעילות אנטי של מתחם יכולה להתגלות דרך הניתוח באמצעות 50 EC, 50 CC וערך SI 50 באמצעות ניתוח התגובה במינון. בינתיים, יצאתי מחוץ ליעד או חיובי שגוי יהיה מזוהה, ומספר comp הראשיounds יכול להיות הצטמצם. באמצעות ניתוח זה, בסדר הגודל של חוזקי מתחם ורעילים יכול להיות מדורג לכוון גילוי תרופות אנטי עתיד, במיוחד עבור הקשר בין מבנה לפעילות (SAR) ניתוח ושינוי כימיה רפואית בעתיד. למעשה, מתחם C052 היה נגזר של C003 מתחם, הקשורים במאפיינים כמו סמים טובים הן במבחנה in vivo.
כדי לעמוד בדרישות לסמים, הוא חייב לקבוע משרד החקלאות שלה, כלומר לאפיין את האינטראקציה של מתחם עם היעד שלה בריכוזים פיסיולוגיים. מבחני שונים פותחו של antivirals המסוים, כלומר לעכב לא רק היעד, אלא יש לי מסיסות מקובלת, חדירות, חלבון פרופילים מחייבים, סלקטיביות, חילוף חומרים ורעילות. מאז מחקרי משרד החקלאות היו assay נמוך התפוקה צורך מאמצים מייגע, רק כמה מולקולות שנבחרו, עם 50 EC החזק, גבוה CC 50 ושעותigh SI 50 ערך, יכול להיות מנותח בקלות. הבנת משרד החקלאות של מתחם, בשלב זה ניתן להוסיף עומק לפרשנות של פעילות תאית או היעדרה. מחקר TOA מיועד כדי לצמצם את השלב שבו נגיפים אינטראקציה עם מטרות נגיפיות או מארח. ידיעת מתחם היא תחרותית עם מצע בשלב מחזור חיים נגיפי מסוים יכול לספק כיוון מיידי לניתוח משרד חקלאות נוסף. לחלופין, assay תא חזק יותר מבוסס עם מנגנון ידוע, כולל assay ישירות למסך למעכבי אינטגראז HIV-1 20, עיכוב וירוס מחייב אל פני השטח חלבון 21 יכולים לשמש אשר מספקים משרד חקלאות ידוע לפני הקרנות בפועל 22. בעוד להיטים מהקרנה אלה עשויים להיות קשורים היטב למשרד החקלאות המיועד, יש למעשה משרד חקלאות עשויה גם צריכה להכפיף לTOA ומנגנון אחר של מחקרי פעולה.
לסיכום, באמצעות שלושה מבחני שדווחו כאן, יש לנו הוקרנו בהצלחה וזוהוכמה תרופות אנטי חזקות נגד BTV, כולל C003 וC052 2. בפרט, SI 50 (של C052 היה עד ב306, אשר הציע כי C052 הוא מאוד סלקטיבית נגד BTV. ויה TOA ומחקרי משרד חקלאות אחרות שהוצגו בנייר המקורי, שהצענו כי C052 יכול להיות סוכן אנטי פוטנציאל אינטראקציה עם מארח מכונות autophagy, יכולה להיות מפותחות לתרופה נגד BTV.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
פרויקט זה מומן על ידי מענק 1R03MH08127-01 ו7R03MH08127-02 מ-NIH לש לי, ועל ידי קרנות IMPACT ממחלקה לרפואה ב UAB לש לי. תמיכה מקרן Molette ואוניברסיטת אובורן זוכה להערכה. אנו מודים גם assistances הטכני מהגב 'Pulin צ'ה ומר ולדימיר Musiienko במהלך העבודה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved