Method Article
אנו מתארים שיטה שבאמצעותה אנו מזהים שאריות קריטי הנדרש עבור האיגוד של נוגדנים חד-שבטיים אנושית או מאתר שמכוונות את hemagglutinin נגיפי שפעת A וירוסים. הפרוטוקול ניתן להתאים glycoproteins משטח אחר וירוס, נוגדנים נטרול המתאימים שלהם.
וירוסים שפעת להפגין יכולת מדהימה להסתגל, להתחמק את התגובה החיסונית של המארח. אחת הדרכים היא באמצעות antigenic שינויים המתרחשים glycoproteins משטח של הנגיף. הדור של גרסאות הבריחה היא שיטה חזקה שחקרתי כמה וירוסים לחמוק מגילוי המערכת החיסונית, זיהוי שאריות קריטי הנדרש עבור איגוד נוגדן. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול על איך ליצור גרסאות הבריחה של וירוס שפעת A על ידי ניצול אנושי או מאתר נוגדנים חד-שבטיים (mAbs) נגד את hemagglutinin ויראלי (HA). עם השימוש של הטכניקה שלנו, אנחנו בעבר אפיינו את שאריות קריטי הנדרש עבור האיגוד של נוגדנים מיקוד הראש או גבעול של הרומן העופות H7N9 HA. הפרוטוקול ניתן להתאים בקלות למערכות אחרות וירוס. ניתוחים של בריחה משתנים חשובים עבור מידול antigenic להיסחף, קביעת פולימורפיזמים נוקלאוטיד יחיד (SNPs) היוועצות ההתנגדות וכושר וירוס, ולא של עיצוב של חיסונים ו/או הרפוי.
בדומה וירוסים אחרים, ה-RNA, שפעת A וירוסים בעלי של פולימראז לשגיאות המאפשר לדור של מספר רב של גרסאות antigenic עם כל סיבוב של שכפול-1,-2,-3. ה שפעת וירוס יש יכולת מדהימה להסתגל, להתחמק התגובה החיסונית האנושית באמצעות סחיפה antigenic, אשר מושגת באמצעות הצטברות של מוטציות על glycoproteins פני השטח שמוביל האובדן של הנוגדן מחייב. הסחף antigenic של נגיפי glycoproteins פני השטח, הא ו neuraminidase (NA), מחייבת את הצורך ננסח מחדש לנהל את החיסון מדי שנה.
התקדמות טכנולוגית בידוד, דור של אנטיגן ספציפי נוגדנים הניבו מספר גבוה של חיסון-induced mAbs4,5,6,7,8. בתורו, אפיון epitopes של mAbs זה בהרחבה לנטרל וירוסים שפעת A עזר במידה רבה את התפתחות מספר שפעת אוניברסלי חיסון מועמדים9,10,11, 12,13,14. שחקרתי antigenic טביעת רגלו של mAb חושף את גורמים מבניים של ניטרול ומאפשר גישה מושכלת לקראת עיצוב חיסון. עם זאת, זה לא מציאותי ולא חסכונית עבור מעבדות לאפיין מבחינה מבנית לוחות נרחבים של mAbs באמצעות קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן או הקפאה-מיקרוסקופ כדי למפות epitopes אנטיגן ויראלי בכביש15, 16 , 17 , 18.
קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן או הקפאה-מיקרוסקופ דורש ציוד יקר, טכניקות מיוחדות שעשויות להיות כמות נרחבת של זמן להפיק נתוני. גישה חלופית ומהירה הוא ניצול הדור מהירה של אוכלוסיות מגוונות ויראלי באמצעות תלויי-RNA לשגיאות RNA פולימראז ליצירת מוטציות לברוח כדי לקבוע את epitopes של mAbs19,20, 21,22,23. הדור של בריחה משתנים ואינו דורש שום ציוד מיוחד או טכניקה, יכול להתבצע עם ריאגנטים המעבדה קונבנציונליות וציוד.
כאן, אנו מתארים שיטה המאפשרת המיפוי של שאריות קריטי הנדרש עבור איגוד mAb לזהות את שפעת HA...
התראה: מספר וירוסים שפעת במחזור אוכלוסיית בני האדם (למשל, H1, H3) הם פתוגנים class רמה 2 אבטחה כי חייבים להיות מטופלים עם טיפול ציוד מגן אישי מתאים. טיפול של וירוסים תאושר ע י ועדת הבדיקה מוסדיים. להלן כללי התנהגות אושרה על ידי ועדת הבדיקה מוסדיים במעמד הר סיני.
הערה: נוגדנים ספציפיים חה המעכבות שכפול ויראלי בדרך כלל יכולים להיות מסווגים לתוך i) אלה לאגד על או סמוך של אתר איגוד קולטן קצה הראש הכדוריים, ii) אלה לאגד דיסטלי של האיגוד קולטן תחומים, כולל הצד הלטראלי של הראש הכדוריים ובאזור גבעול הוואי. נוגדנים יעד האתר איגוד קולטן ניתן למדוד באמצעות assay עיכוב (איץ ' אי) hemagglutination, ולמנוע את האירוסין של מוטיבים sialic חומצה על פני השטח של התאים היעד. נוגדנים המהווים HI-שלילי, כגון נוגדנים ספציפיים גבעול, עדיין יכול לעכב את שכפול ויראלי, אלא יכול רק להיות מוערך באמצעות מבחני ניטרול.
1. לסיווג נוגדנים בהתבסס על HI ופעילויות ניטרול
2. הדור של משתנים מוטציה להימלט
הערה: נטרול נוגדנים או חוסר פעילות HI מנותחים נוסף עם הפרוטוקולים ספציפיים המתוארים להלן.
3. בידוד לברוח גרסאות דרך רובד טיהור
4. מיצוי של RNA נגיפי, ניתוח של חה רצף וריאציה
µL5. הנוגדן מחייב ניתוחים של הבריחה גרסאות
תאים 293Tהשתמשנו בעבר וריאציות של שיטה זו כדי ליצור גרסאות לברוח כדי mAbs מאתר ואנושי המושרה על ידי חיסון נגד וירוס שפעת עונתית, H7N9 חיסון, או רציפים DNA/רקומביננטי HA חלבון חיסון4,5 ,6,7. כמתואר לעיל, נוגדנים קודם מאופיינים בעזרת את מבחני HI ו- microneutralization כדי להודיע לנו על איזה פרוטוקול ספציפי כדי להמשיך עם4,הבא5. נוגדנים ד 07-5 03, 07-5F01, 07-5 ג' 01, 07-4B03, 07-4E02 ו- 07-4D 05 נמצאו HI ופעילויות ניטרול נגד הנגיף H7N9 העופות (A/שנגחאי/1/2013) (טבלה 1), ובכך היה מנוצל פרוטוקול 1 (שלב 2.1). עבור mAbs עם לנטרל את חוסר פעילות HI, כגון 41-5E04, 045-051310-2B06, 042-100809-2F04 ו- S6-B01 (טבלה 1), פרוטוקול 2 (שלב 2.2) נעשה שימוש כדי ליצור גרסאות לברוח. מיפוי מוטציה להימלט חשף כי רבים של הנוגדנים מזהה שאריות קריטי במיקומים שונים על נגיפי HA4,5 (איור 4). בעוד רוב הנוגדנים HI-חיובית יש לברוח שאריות מוטציה ליד אתרי antigenic שדווח בעבר של H7 HA, הנוגדנים HI-שלילי שנוצר מוטציות לברוח עם מוטציות נקודה גבעול אזור4,5 .
נוגדן | היי פעילות | NEUT פעילות |
07-5D 03 | + | + |
07-5F01 | + | + |
07-5 ג' 01 | + | + |
07-4B03 | + | + |
07-4E02 | + | + |
07-4D 05 | + | + |
41-5E04 | - | + |
045-051310-2B06 | - | + |
042-100809-2F04 | - | + |
S6-B01 | - | + |
טבלה 1: שולחן פעילות HI וניטרול נוגדן. MAbs H7 ספציפיים עשר מבודד מאנשים שחוסנו חיסון ניסיוני H7N9 התערוכה שונים במבחנה פעילות אנטי5.
פריימר לפנים (5' ל 3') | הפוך פריימר (5' ל 3') | תנאי Thermocylcer | ||||||||
IAV | TATTCGTCTCAGGGAGCAAAAGCAGGGG | ATATCGTCTCGTATTAGTAGAAACAAGGGTGTTTT | ºC 42 עבור 60 דקות, ºC 94 2 min/5 מחזורים של 94 ºC עבור 20 s, ºC 50 על 30 s ו- 68 ºC במשך 3 דקות 30 s, ואחריו 40 מחזורי 94 ºC 20 s, ºC 58 על 30 s , ו- 68 ºC עבור 3 דקות 30 s עם זמן סיומת הסופי ב- 68 ºC 10 דקות | |||||||
IBV | GGGGGGAGCAGAAGCAGAGC | CCGGGTTATTAGTAGTAACAAGAGC | ºC 45, 60 דקות, ºC 55 במשך 30 דקות, ºC 94 2 min/5 מחזורים של 94 ºC עבור 20 s, ºC 40 ל 30 s ו- 68 ºC במשך 3 דקות 30 s, ואחריו 40 מחזורי 94 ºC 20 s , ºC 58 על 30 s, ו- 68 ºC עבור 3 דקות 30 s עם זמן סיומת הסופי ב- 68 ºC 10 דקות |
בטבלה 2: תחל וירוס שפעת אוניברסלי- פריימר זוגות עבור ההגברה של המקטעים HA של שפעת A27 , וירוסים28 B, מצבם thermocycler בהתאמה.
איור 1: HI assay- מפרטים טכניים עבור ההגדרה למעלה assay HI לבדוק הפעילות של שני העכבר ספציפיים H1 mAbs 7B2 (ראש-ספציפי), 6F12 (גבעול-ספציפי) באמצעות צלחת V-התחתון 96-ובכן, ו- (B) דוגמה של תוצאות וזמינותו HI23(א) א. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: Microneutralization assay. מפרטים טכניים עבור הגדרת assay microneutralization לבחון את הפעילות של שני בני אדם mAbs 4D 055 ו CR911417. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: דור של מוטציות לברוח. המתודולוגיה הציע יהיו תלויים בגבוה הפעילות microneutralization הוצגו על ידי הנוגדן. הדור של בריחה מוטציות נגד (A) נוגדנים HI-חיוביות נטרול עשויים לדרוש קטע אחד קטן, ביצים, בעוד נוגדנים HI-שלילי נטרול (B) עשויה להיות כרוכה מעברים מרובים עם הגדלת סכומי נוגדן תרבית רקמת תאים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: דוגמה של מפה של epitope של הרומן העופות H7N9 חה שנוצר עם משתנים מוטציה להימלט. חיסון-induced נוגדנים מבודדים מאנשים שחוסנו מועמד שפעת H7N9 חיסון שימשו כדי ליצור גרסאות מוטציה להימלט. כל שאריות שצוינו האדום מייצג את המיקום של חומצות אמינו קריטי הנדרש עבור איגוד יעיל של mAb. הנתונים היו ממאמרו של Dunand הנרי. et al., 20154. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
אמנם הרוב המכריע של שאריות מזוהה באמצעות מוטציות לברוח היה מדויק, אחד ההליכים העיקריים של גישה זו הוא כי מוטציות נקודה של בריחה משתנים עלול שלא בהכרח ממופה בתוך טביעת רגלו מולקולרית של הנוגדן כפי שנקבע על ידי ניתוחים מבנית. זאת בשל היכולת של מוטציה במשקע מסוימים להוביל לשינוי הסתגלותי דיסטלי למיקום של השאריות שעברו מוטציה, מקביל אפקט allosteric. מגבלה נוספת היא כי מתודולוגיה זו בלבד ניתן ליישם על נטרול נוגדנים; נוגדנים חסרי במבחנה הלחץ הסלקטיבי לא תוביל לברוח מוטציות. עם זאת, מגבלה זו ניתן להתגבר עם השימוש של פאנל של גרסאות לברוח שנוצר על ידי נוגדנים נטרול מאופיין בעבר. השיזוף. et al. בשימוש של וריאנט הבריחה של mAb נטרול הוירוס H7N9 למפות את epitope של נוגדן-נטרול7.
למרות זאת, שחקרתי את epitopes של נוגדנים דרך הדור של בריחה משתנים מספק אלטרנטיבה מעשית קריסטלוגרפיה, הקפאה-אלקטרון מיקרוסקופ, אשר שניהם דורשים השקעה נרחבת של ציוד. חלופות אחרות הן לקבוע האזור איגוד מינימלי של mAbs באמצעות מוטציות סריקה/חיתוך סריקה או פפטיד אלנין. אלנין סריקה מוטגנזה מכוונת עשויים לדרוש כמות משמעותית של עבודה על מנת לייצר מספר גדול של משתנים במהלך ההקרנה29, בעוד פפטיד סריקה מוגבלת ליניארי epitopes30. השיטה המתוארת ב פרוטוקול זה דורש ציוד מיוחד או טכניקה, למעשה, עושה שימוש הקיים במבחנה ניטרול מבחני שונה כדי ליצור גרסאות הבריחה של נוגדנים עניין.
הפרוטוקול עבור גרסאות לברוח ביצירת הדורשים מעברים מרובים (למשל, נוגדנים ספציפיים גבעול) תלויה מאוד הריכוז ההתחלתי של נוגדן בקטע 0. עדיף במשנה זהירות, מתחילים ב יומן חצי ליומן רישום נמוך יותר מאשר חצי מקסימלי מעכבות ריכוז נוגדן ולאפשר לצמיחה וירוס חזקים. החוקר יכול לשער כי תרבות וירוס כייל נוגדנים גבוה בנוכחות לחץ חיסונית נמוך יהיה וריאציה גנטית גדולה באוכלוסייה ויראלי. הבריחה גרסאות שניתן לבחור עבור הגדלת בהדרגה את ריכוז נוגדן בקטע הבא. במקרה בו הגידול וירוס יורדת, כמות תגובת שיקוע נגיפי ניתן להגדיל ב המעבר הבא תוך שמירה על כמות זהה של ריכוז נוגדן במעבר הקודם.
המטרה של רוב של חיסונים שפעת אוניברסלי היא מביאות לתגובה נוגדנים חזקים לכיוון האזור גבעול הוואי. הניתוחים של בריחה משתנים כדי נוגדנים ספציפיים גבעול חשובים הגדרת קשרי הגומלין בין כושר וירוס שפעת ובלחץ אימונולוגי. מעניין, וירוסים מוטציה להימלט הנובע mAbs גבעול ספציפי היו כל הקלוש ויוו מאתר LD50 מחקרים4. מחקרים אלה מספקים תיק חזק לפלטפורמות החיסונים מבוסס על גבעול. בנוסף, פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לזהות מוטציות לברוח כדי תרכובות אנטי-ויראליות אחרות, כגון מעכבי מולקולה קטנה. לבסוף, מתודולוגיה זו אינה מוגבלת glycoproteins משטח של וירוס שפעת, אך גם ניתן באופן נרחב יותר להחיל כדי לקבוע את epitopes של אחרים glycoproteins ויראלי.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
פרויקט זה יש כבר מומן בחלקו עם כספים פדרליים מן המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות, מכוני הבריאות הלאומיים, מחלקת הבריאות ושירותי האנוש של, תחת CEIRS חוזה HHSN272201400008C (f. K); NIH U19AI109946-01 (F. K); P01AI097092-04S1 (P.E.L.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Falcon 96-well clear flat bottom TC-treated culture microplate with Lid | Corning, Inc. | 353072 | Assay plate use for the microneutralization assay |
Falcon 96-well clear V-bottom plate | Corning, Inc. | 353263 | Assay plate use for the hemagglutination inhibition assay |
1X Minimal Essential Medium (MEM) | Gibco | 11095080 | Infection medium |
Tosyl phenylalanyl chloromethyl (TPCK)-treated trypsin | Sigma-Aldrich | T8802 | Cleaves immature HA0 to HA1 and HA2 |
Biotinylated anti-NP primary antibody (IAV) | EMD Millipore | MAB8258B | An antibody that recognizes the NP protein of influenza A viruses |
Biotinylated anti-NP primary antibody (IBV) | EMD Millipore | MAB8260B-5 | An antibody that recognizes the NP protein of influenza B viruses |
Streptavidin-HRP antibody | EMD Millipore | 18-152 | This is used as a secondary antibody for the biotinylated anti-NP antibody |
HRP substrate (SIGMAFAST-OPD) | Sigma-Aldrich | P9187-5SET | o-phenylenediamine dihydrochloride water soluble substrate for HRP |
96-well V-bottom plate | Nunc | 249662 | Assay plate used for the hemagglutination assay |
Chicken red blood cells | Lampire Biological Laboratories | 7201403 | Used to assess the ability of influenza virus to agglutinate |
TRIzol | Ambion | 15596026 | Extraction of RNA |
Superscript III | Invitrogen | 12574018 | Reverse transcriptase |
Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | Isolation of amplified PCR product |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668027 | Transfection reagent |
Anti-human IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11013 | Fluorescent secondary antibody for human antibodies |
Anti-mouse IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | Fluorescent secondary antibody for murine antibodies |
6-well polystyrene microplate | Corning, Inc. | 353934 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500500 | |
Nalgene long term storage Cryo-tubes | ThermoFisher Scientific | 5012-0020 | Freezing of viral culture supernatant |
reassortant A/California/04/09 (H1) | Palese Laboratory | reassortant virus expressing the HA and NA of A/California/04/09 (H1N1) with the internal segments of A/Puerto Rico/8/34 (H1N1) | |
reassortant A/Shanghai/1/13 (H7) | Palese Laboratory | reassortant virus expressing the HA and NA of A/Shanghai/1/13 (H7N9) with the internal segments of A/Puerto Rico/8/34 (H1N1) | |
Bovine serum albumin solution (35%) | Sigma-Aldrich | A7979 | |
Qiagen gel extration kit | Qiagen | 28704 | Silica-membrane-based purification of DNA fragments |
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