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Abbiamo sviluppato uno In vitro Malaria-HIV-1 co-infezione da modello per studiare l'impatto di Plasmodium falciparum Sul ciclo replicativo di HIV-1 in primarie umane derivate da monociti macrofagi. Questo sistema versatile può essere facilmente adattato ad altri tipi di cellule primarie sensibili a HIV-1.
Plasmodium falciparum, l'agente eziologico della forma mortale di malaria, e da virus dell'immunodeficienza umana di tipo 1 (HIV-1) sono tra i problemi di salute più importanti del mondo, essendo responsabile per un totale di 4 milioni di decessi all'anno 1. Grazie alla loro sovrapposizione ampie nelle regioni in via di sviluppo, specialmente nell'Africa Sub-sahariana, co-infezioni da malaria e HIV-1 sono comuni, ma l'interazione tra le due malattie è poco conosciuta. Rapporti epidemiologici hanno suggerito che l'infezione malarica aumenta transitoriamente replicazione dell'HIV-1 e aumenta il carico virale HIV-1 in co-infezione da 2,3. Poiché questo viremia rimane alta per diverse settimane dopo il trattamento con antimalarici, questo fenomeno potrebbe avere un impatto sulla progressione della malattia e la trasmissione.
I meccanismi immunologici cellulari alla base di queste osservazioni sono stati studiati solo a malapena. I pochi studi in vitro investigdall'uso della impatto della malaria su HIV-1 hanno dimostrato che l'esposizione ad antigeni solubili malarici può aumentare da HIV-1 e riattivazione in cellule immunitarie. Tuttavia, questi studi hanno utilizzato estratti di cellule intere di P. falciparum stadio schizonte parassiti e cellule mononucleari del sangue periferico (PBMC), il che rende difficile decifrare quale componente della malaria (s) è responsabile degli effetti osservati e quali sono le cellule bersaglio ospiti erano 4,5. Studi recenti hanno dimostrato che l'esposizione di immature derivate da monociti cellule dendritiche al pigmento emozoina malarica aumentato la loro capacità di trasferire HIV-1 di cellule T CD4 + 6,7, ma che è diminuito da HIV-1 di macrofagi 8. Per far luce su questo processo complesso, l'analisi sistematica delle interazioni tra il parassita della malaria e l'HIV-1 in differenti popolazioni umane rilevanti cellulari primarie è criticamente necessaria.
Diverse tecniche per indagare l'impatto della HIV-1 sulla fagocitosi dei microrganismi e l'effetto di tali patogeni in replicazione dell'HIV-1 sono stati descritti. Noi qui presentiamo un metodo per studiare gli effetti di P. falciparum-infetti eritrociti sulla replicazione di HIV-1 in primarie umane derivate da monociti macrofagi. L'impatto di esposizione parassita HIV-1 trascrizionali / traduzionale eventi viene monitorata mediante virus singolo ciclo pseudotyped in cui un gene reporter della luciferasi ha sostituito il gene Env, mentre l'effetto sulla quantità di virus rilasciato dai macrofagi infettati è determinata misurando la HIV-1 proteina del capside p24 mediante ELISA in supernatanti cellulari.
Nota: Esperimenti con HIV-1 e il Plasmodium falciparum devono essere eseguite nel corretto livello di biosicurezza laboratori (BSL2 per i parassiti, e BSL3 per l'HIV-1 e co-infezioni) e precauzione particolare deve essere posta nell'uso potenzialmente infetto sangue umano.
1. Le cellule mononucleari del sangue periferico (PBMC) Purificazione (Basato su 8 e 9)
2. I monociti-macrofagi derivati (MDM) Differenziazione (Basato su 8 e 9)
3. Produzione e quantificazione di HIV-1 Stocks virali
4. Cultura di parassiti Plasmodium falciparum (Basato su 13)
4,1 cultura generale e la manutenzione dei parassiti
4,2 Parasite sincronizzazione
4.3 Plasmodium falciparum-globuli rossi infetti (iRBC) depurazione
5. L'esposizione di MDM di Plasmodium falciparum
6. L'infezione di MDM con un replicativa completamente HIV-1
7. L'infezione di MDM con un singolo Luciferase Encoding Virus Cycle
8. Risultati rappresentativi
Utilizzando il nostro modello di co-infezione, si dimostra che exposure di P. falciparum alla MDM diminuisce la loro suscettibilità alle infezione da HIV-1. Infatti, una diminuzione significativa (p <0,05; 2 ANOVA, giorno 12) per il rilascio di particelle virali, come misurato da HIV-1 p24 proteina del capside del supernatante, si osserva in MDM pretrattati con parassiti (Figura 2A). Questa osservazione è confermata in cellule infettate da virus che codificano un gene reporter luciferasi. MDM con infezione da virus di questo tipo si annidano sia esogena VSV-G o HIV-1 glicoproteine conduce in modo significativo (p <0,05, di Student t-test) produzione di luciferasi meno in cellule esposte a P. falciparum (Figura 2B). È interessante notare che VSV-G-pseudotyped virus prodotto molto maggiore attività di luciferasi che le loro controparti JRFLenv: ciò è dovuto alla maggiore efficienza di infezione VSV-G particelle pseudotyped 15. Dato che parassita esposizione agli impatti MDM entrambi i tipi di virus, questo suggerisce che influisce in qualche passo ex gene viralepressione (Figura 2B). È inoltre importante ricordare che la vitalità cellulare non è stata influenzata dalla MDM esposizione alla iRBC (dati non mostrati), indicando che l'inibizione osservata è specifico e non causa di mortalità cellulare.
Figura 1. A) schema di Piastra MDM di infezione con un virus replicativa pienamente Mock:. Cellule non infettate. uRBC: cellule esposte a infettate globuli rossi. iRBC: cellule esposte a Plasmodium falciparum-globuli rossi infetti. Bal: cellule infettate con NL4.3Bal env Bal / uRBC:. Cellule esposte a uRBC e infettati con NL4.3Bal env Bal / iRBC:.. Cellule esposte a iRBC e infettati con NL4.3Bal env B) Schema Piastra per l'infezione da MDM con singolo ciclo di luciferasi virus Mock-encoding:. cellule non infettate. uRBC: cellule esposte a infettate globuli rossi. iRBC: le cellule esposte a Plasmodium falciparum-infected globuli rossi. Δenv: cellule infettate con NL4.3 Luc + Env - R + JRFL:. Cellule infettate con NL4.3 Luc + Env - R + (JRFL env). VSV-g: cellule infettate con NL4.3 Luc + Env - R + (VSV-g) Δenv / uRBC:.. cellule esposte a uRBC e infettati con NL4.3 Luc Env +-R + Δenv / iRBC: le cellule esposte a iRBC e infettati con NL4.3 Luc + Env - R + JRFL / uRBC: cellule esposte a uRBC e infettati con NL4.3 Luc + Env - R + (JRFL env).. JRFL / iRBC: cellule esposte a iRBC e infettati con NL4.3 Luc + Env - R + (JRFL env). vsv-g/uRBC: le cellule esposte a uRBC e infettati con NL4.3 Luc + Env - R + (VSV-G): vsv-g/iRBC. cellule esposte a iRBC e infettati con NL4.3 Luc + Env - R + (VSV-g).
Figura 2. . A) Effetto del Plasmodium falciparum in materia di HIV-1 la produzione virale in MDM MDM sono stati esposti a uRBC o iRBC con un rapporto 75:1 (uRBC / iRBC: MDM) per 4 ore e ampiamente lavato. Le cellule sono state infettate con 10ng di NL4.3Bal p24 per 2 h env. Produzione virale è stata monitorata mediante ELISA per HIV-1 p24 in cellule privo supernatante a tempi diversi dopo l'infezione virale iniziale. Un esperimento rappresentativo è mostrato B) Effetto del Plasmodium falciparum in materia di HIV-1 la trascrizione virale in MDM MDM sono stati infettati con uRBC o iRBC con un rapporto 75:1 (uRBC / iRBC:.. MDM). Le cellule sono state poi infettate con 10ng di p24 del virus a ciclo unico (sia NL4.3 Luc + Env - R +, NL4.3 Luc + Env - R + (JRFL env) o NL4.3 Luc + Env - R + (VSV- g)). Espressione della luciferasi è stata valutata in lisati cellulari 72 ore dopo l'infezione virale iniziale. Un esperimento rappresentativo viene mostrato.
Abbiamo illustrato qui due diversi approcci per analizzare l'impatto del parassita della malaria sul HIV-1 ciclo virale, vale a dire analizzando sia l'espressione genica virale o virus produzione di progenie e replica in monociti-macrofagi derivati. Simili approcci sono stati usati per altre HIV-1-parassita co-infezioni 16. Tuttavia, questi nuovi dati sono un passo avanti nelle indagini della malaria-HIV-1 co-infezioni. ., Infatti, Diou et al 8 studiato l'effetto di emozoina, i parassiti non dal vivo, il replicazione dell'HIV-1, in accordo con i nostri risultati, hanno osservato che emozoina era per sé sufficiente a inibire la produzione virale da MDM, e non MDM.
Utilizzando il layout descritto sperimentale, abbiamo osservato che P. falciparum esercita un chiaro effetto negativo sul ciclo replicativo di HIV-1 nei macrofagi: una significativa inibizione della produzione virale si osserva nei macrofagi pre-esposti a parassiti (Figure 2A) e un peso specifico del parassita sulla trascrizione virale è illustrato nella figura 2B. Tuttavia, non possiamo lasciare eventuali ulteriori effetti del parassita su ingresso del virus o la fusione (decapsidation), o su post-integrazione di meccanismi, come la sintesi proteica o montaggio di particelle virali e in erba. Inoltre, è possibile che un diverso impatto sulla replicazione dell'HIV-1 si otterrebbe se il parassita sono stati aggiunti sia al tempo stesso o infezione MDM seguente con il virus.
Il nostro in vitro co-infezione modello fornisce un potente strumento per effettuare indagini dettagliate di HIV-1 / P. interazioni falciparum nella cellula ospite. Ad esempio, la combinazione di questo schema sperimentale con altre tecniche come tempo reale PCR quantitativa, che può bersagliare e quantificare fasi specifiche retrotrascrizione virale e integrazione del genoma virale per genoma della cellula ospite, sono abbastanza fattibile e dovrebbe fornire ulteriori all'interghts nei meccanismi coinvolti nella co-infezioni. Inoltre, saggi specifici per valutare fasi iniziali del ciclo virale (virale fusione, decapsidation, quantificazione ingresso) può essere applicato a questo protocollo di base per analizzare ulteriormente l'effetto sulla replicazione virale. Queste modifiche mostrano come flessibile questo protocollo è relativa HIV-1 e quantificazione di rilevamento: infatti, anche standard di HIV-1 trascrittasi inverse saggi di quantificazione utilizzando marcata con tritio nucleotidi potrebbe concepibilmente sostituire la ELISA per HIV-1 p24. Oltre a MDM, ci aspettiamo il sistema sia adattabile ad altri tipi di cellule competenti per HIV-1-malaria interazioni, come monociti e cellule dendritiche. Il fatto che MDM sono cellule aderenti facilita la loro manipolazione, per facilitare il lavaggio di iRBC che non sono state prese in, o che sono in contatto con MDM, senza eliminando eventuali macrofagi. Tale vantaggio non si applica alle cellule dendritiche e monociti, che sono coltivate in sospensione, complicando la separazione di iRBC uRBC e gratuito con tali cellule e stiamo affrontando questo problema. Il nostro sistema potrebbe anche essere utile per studiare le interazioni più complesse quali gli effetti di Plasmodium-esposti cellule derivate da monociti sul ciclo virale HIV-1 in altre cellule immunitarie come CD4-positive cellule T in esperimenti di co-coltura. Infine, il nostro protocollo potrebbe essere adatto per gli esperimenti che cercano l'effetto di P. iRBCs falciparum in materia di HIV-1 riattivazione in PBMC per HIV-1 individui infetti.
Etica dichiarazione
PBMC umani sono stati ottenuti dal sangue di donatori sani, in conformità con le linee guida del Comitato di bioetica del Centre Hospitalier de l'Centro di Ricerca Université Laval. Un consenso scritto è stato ottenuto da tutti i donatori di sangue.
Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.
Questo lavoro è stato sostenuto dal Canadian Institutes of Health Research attraverso un catalizzatore Co-infezioni e co-morbidità e di sovvenzione. Eritrociti umani sono stati forniti dal Centre Hospitalier de banca del sangue l'Université Laval.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reattivo | Azienda | Numero di catalogo | Comments |
RPMI 1640 | Multicell | 350-000-CL | |
PBS-endotossina libera | Sigma | D8662 | |
FBS | Bisonte | 080-150 | Inattivato al calore a 56 ° C per 30 min |
Accutase | eBiosciences | 00-4555-56 | |
Albumax II | Gibco | 11021-037 | Disciolto in RPMI 1640, sterilizzata con filtro |
Separazione media dei linfociti | Multicell | 305-010-CL | |
Piastre luminometro Bianco | Promega | Z3291 | |
CS Mac separazione columms | Miltenyi Biotech | 130-041-305 | |
VarioMacs separatore | Miltenyi Biotech | 130-090-282 | |
Penicillina / streptomicina soluzione | Bisonte | 450-201-EL | |
D-sorbitolo | Sigma-Aldrich | S1876 | |
Cella raschietto (25 cm) | Sarstedt | 83,1830 | |
24-Well piastre di coltura cellulare | BD Falcon | 353047 | |
150 x 20 mm piastra di coltura | Sarstedt | 83.1803.003 | |
M-CSF | GenScript | Z02001 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H4034 | |
Siero umano AB + | Biomedical Valley | HP1022 | |
HBSS | Bisonte | 311-505-CL | |
Gentamicina | Sigma-Aldrich | G1397 | |
Ipoxantina | Sigma-Aldrich | H9636 | |
NaHCO 3 | Sigma-Aldrich | S5761 | |
Test del sistema luciferasi | Promega | E1500 | |
Globuli rossi umani | Ottenuto purificata da banca del sangue CHUL. |
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