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Tre saggi, tra cui l'effetto citopatico (CPE) a base di test, analisi dose-risposta e Time-of-Addition (ToA) test sono stati sviluppati, ottimizzati, validati ed utilizzati per identificare nuovi farmaci antivirali contro il virus della Bluetongue (BTV), nonché per determinare il meccanismo d'azione possibile (MOA) per i farmaci antivirali di nuova identificazione.
Per identificare potenziali farmaci antivirali contro il BTV, abbiamo sviluppato, ottimizzato e validato tre saggi qui presentati. Il saggio basato CPE-è stato il primo test sviluppato per valutare se un composto ha mostrato alcuna efficacia antivirale e sono stati utilizzati per lo screening grande libreria di composti. Nel frattempo, la citotossicità di farmaci antivirali potrebbe anche essere valutata utilizzando il saggio basato CPE-. Il dosaggio dose-risposta è stato progettato per determinare il campo di efficacia per l'antivirale prescelto, cioè il 50% della concentrazione inibente (IC 50) o la concentrazione effettiva (EC 50), così come la sua gamma di citotossicità (CC 50). Il saggio ToA è stato impiegato per lo studio iniziale MoA per determinare il meccanismo alla base dei nuovi farmaci antivirali durante il ciclo di vita virale del virus o il possibile effetto su un host macchinario cellulare. Questi test sono essenziali per la valutazione dell'efficacia antivirale nel sistema di coltura cellulare, e sono stati utilizzati per le nostre ricerche recenti portarezione per l'identificazione di una serie di nuovi farmaci antivirali contro il BTV.
BTV è un prototipo di virus a RNA a doppio filamento in genere Orbivirus, famiglia Reoviridae. BTV è una delle malattie più importanti del bestiame domestico, tra cui ovini, caprini, bovini e altri animali domestici, con la perdita di 3.000 milioni dollari / anno nel mondo 1,2. La BTV sierotipo esotico è un importante patogeno animale elencati nella sezione "USDA alta Consequence Bestiame patogeni." Recentemente, il riemergere di BTV ha causato una grave focolaio di malattia in bovini e ovini in diversi paesi in tutto il Nord Europa 3,4. Come risultato della sua rilevanza economica e come sistema modello, BTV è stato oggetto di approfonditi studi molecolari, genetici e strutturali, e sono stati sviluppati diversi vaccini. Tuttavia, a causa della mancanza di test adeguati per la scoperta di farmaci antivirali, non ci sono disponibili antivirali contro BTV.
In un recente screening ad alto rendimento (HTS) campagna usando BTV come sistema modello, Developed, ottimizzato e convalidato un saggio basato CPE-per identificare i potenziali antivirali ad ampio spettro contro arbovirus 5. Saggio basato CPE-è un saggio ben riconosciuto che è stato usato nella scoperta di farmaci antivirali contro una serie di virus che ha indotto un rapido e osservabile CPE / apoptosi 5-7. Nel nostro sistema, infezioni post BTV, CPE è evidente nelle cellule dei vertebrati, tra cui HeLa, BSR, e HEK 293T 8. CPE BTV-indotta potrebbe essere monitorato e quantificato utilizzando vari metodi di rilevamento vitalità cellulare, compreso il kit di reagenti vitalità cellulare CellTiter Glo (kit CTG) 9. Questo kit determina il numero di cellule vitali in coltura a base di quantificazione di ATP cellulare presentato, che segnala la presenza di cellule viventi metabolicamente attive. In condizioni ottimali, il saggio basato CPE-qui presentato ha dimostrato la sua fattibilità con il protocollo di un passo "mix e misura", e la flessibilità con i segnali luminescenti stabili. Nel frattempo, composti tossici riduziamento vitalità cellulare sarà escluso in questo saggio basato CPE. Il saggio basato CPE-ha mostrato la sua robustezza e affidabilità per la scoperta di farmaci antivirali contro BTV, ed è stato utilizzato per schermare il NIH molecolare Biblioteche Piccolo Molecola Repository (MLSMR), che porta alla identificazione di sei romanzo gruppo di potenziali lead compound antivirale (s ) 5.
Quando un composto antivirale potenziale è stato identificato utilizzando il saggio basato CPE-, esso dovrà essere sottoposto al dieci concentrazione dosaggio dose-risposta per determinare l'intervallo di efficacia antivirale e citotossicità 2. L'efficacia antivirale, rappresentata come la concentrazione inibitoria del 50% (IC 50) o la concentrazione efficace 50% (EC 50), è la concentrazione di un farmaco che inibisce virus-indotto CPE metà strada tra la linea di base e massimo. La citotossicità dei farmaci antivirali, cioè la concentrazione citotossicità 50% (CC 50), è la concentrazionedi un farmaco che induce il 50% di citotossicità tra la linea base e massimo. L'indice selettivo (SI), indicato come 50% SI (SI 50) è calcolata da CC 50 / IC 50 che determina la specificità del CPE antivirale contro virus-indotta. L'IC 50 (o 50 CE), CC 50 e SI 50 valori sono misure fondamentali per determinare se un composto antivirale è potente e selettivo per l'ulteriore sviluppo della droga.
Quando un antivirale ha mostrato alcuna tossicità manifesta in vitro, ma virus impedito indotto CPE e il ciclo di vita virale produttiva, è importante per determinarne la MoA 2. Abbiamo avviato tale caratterizzazione effettuando test ToA per determinare l'eventuale fase (s) di virale ciclo di vita che è influenzata dal antivirale. In generale, composto antivirale sono stati aggiunti alle cellule in diversi momenti pre-o post-infezione da virus. Se gli antivirali sono stati aggiunti alle cellule infettate rispondere alla sua destinazione step durante il corso dell'infezione, ne risulterebbe minore attività rispetto a quella che è stata aggiunta prima della fase. Così, studio ToA è critica per determinare l'efficacia di un composto antivirale, e il suo potenziale bersaglio, sia sul ciclo di vita virale o della macchina ospitante coinvolti nel ciclo di vita virale.
Per tutti e tre saggi, la vitalità cellulare è stata determinata utilizzando il kit CTG seguenti istruzioni del produttore 5. Questo sistema di rilevamento emette adeguati segnali di luminescenza che potrebbero essere analizzate utilizzando i vari software in-house. Ogni test è stato convalidato ed eseguito in almeno tre esemplari con otto repliche. Per tutti i dati ottenuti, tre parametri, con un valore medio (AVE), deviazione standard (DEVST), e coefficiente di variazione (CV) sono stati analizzati per determinare la robustezza del dosaggio. Una volta che la robustezza del saggio è stata determinata, i dati saranno ulteriormente analizzati e tracciati utilizzando vari biostatics e graficamentestrumenti di C 2.
1. Le cellule, virus e antivirale Compounds
2. Saggio-based CPE Uso CTG Kit
3. Dose-risposta Assay
4. Time-of-Addition (ToA) Assay
5. Analisi dei dati
1. Efficacia antivirale del composto
Il saggio CPE a base di cellule è stato sviluppato, ottimizzato e validato in vitro utilizzando il kit CTG basata luminescenti a identificare nuovi farmaci antivirali contro BTV come descritto in precedenza 2,5. Il test di risposta ten-dose è stata impiegata per riflettere l'efficacia antivirale e citotossicità di un composto guida identificato misurando il numero di cellule metabolicamente vitali in coltura a base di quantificazione di ATP cellulare presentato nelle cellule viventi 5,11. Nella nostra precedente relazione, un numero di potenziali composti antivirali sono stati valutati, compresi i composti di ciascun cluster identificati tramite HTS contro BTV 5, e loro derivati mediante sintesi de novo 2. Sulla base della loro EC 50, CC 50 e SI 50, vari composti di piombo promettenti sono stati identificati con potente efficacia antivirale, bassa tossicità ed elevata selettività. Ad esempio, compound052 (C052)è stato determinato per avere un EC 50 di 0,27 ± 0,12 mM (Figura 1) 2 e un CC 50 del 82.69 mM, sia mostrando curve tipiche regressive sotto la regressione non lineare analisi 2. Il SI 50 del C052 è stato determinato in 306 sulla base delle sue 50 CE, 50 e CC valori. L'efficacia scala nanomolar antivirale, bassa tossicità, e di conseguenza elevata SI 50 hanno indicato che C052 potrebbe essere un antivirale potente e selettivo contro BTV.
2. Potenziale MoA per il composto antivirale
Il saggio ToA mirava a determinare l'eventuale fase (s) di virale ciclo di vita di mira dai composti. Quando si aggiunge C052 a 1 o 2 ore prima dell'infezione BTV, vale a dire -1 e -2 HPI, i valori di efficacia antivirale sono rimasti alla scala nanomolare (Figura 2) 2, che indica che C052 potrebbe agire al di là della fase iniziale di viral ciclo di vita, come la voce virus. Furthermore, l'efficacia antivirale è rimasto invariato fino C052 è stato aggiunto alle cellule infette come più tardi come 24 hpi. Quando aggiunto a 32 hpi, la percentuale di cellule vitali è diminuita in cellule di trattamento C052, C052 indicando che era meno protettivo in questa fase del ciclo di vita virale. Quando aggiunto a 48 hpi, non vi era alcuna protezione per le cellule BSR da CPE BTV-indotta. Dal momento che il primo ciclo di replicazione virale BTV normalmente completata nelle cellule infette entro 24 hpi, i nostri risultati suggeriscono che C052 potrebbe agire nelle ultime fasi della BTV virale ciclo di vita, come la replicazione del virus, l'imballaggio, la maturazione e l'uscita. Nel frattempo, è anche possibile che C052 può agire sulla ospitanti macchinari cellulari che sono stati coinvolti durante virale ciclo di vita ritardo 2.
Tabella 1. Il layout di piastra per il dosaggio dose-risposta. L'efficacia antivirale di C052 è stata valutatad in una scala 96 pozzetti nella piastra a 384 pozzetti. Ogni trattamento, compresa l'infezione BTV più diverse concentrazioni C052, è stata eseguita con otto repliche. Al 72 hpi, la vitalità cellulare è stata determinata utilizzando il kit CTG.
Tabella. 2 Il layout di piastra per il saggio Time-of-Addition (ToA). Il dosaggio TOA C052 è stata valutata la piastra a 384 pozzetti come indicato nel layout. Ogni trattamento, compresa l'infezione BTV più il tempo di aggiunta C052, è stata effettuata con otto repliche. HPI -2 e -1 indicano che il C052 è stato aggiunto alle cellule prima dell'infezione BTV. A 0 HPI, BTV e C052 sono stati aggiunti contemporaneamente. Al 72 hpi, la vitalità cellulare è stata determinata utilizzando il kit CTG. Clicca qui per vedere tabella .
Figura 1. L'efficacia antivirale di C052. Cellule sono state infettate con BTV a MOI di 0,01 in presenza di dieci differenti concentrazioni di C052, come indicato in figura. La vitalità cellulare è stata determinata in 72 hpi, utilizzando il kit CTG. Ogni punto di dati rappresenta mezzi e SD da cinque repliche. Questa cifra è stata modificata da Gu et al. 2012 2.
Figura 2. Il dosaggio tempo di aggiunta per C052. C052 a 2,5 mm e 0,27 mm rispettivamente, è stato aggiunto alle cellule infettate BTV a diversi hpi come indicato, e la tutela della C052 contro il CPE BTV indotto, o la vitalità cellulare, è stata misurata utilizzando la kit CTG a 72 hpi Ogni punti dati rappresentato il valore medios e SD da otto repliche indipendenti. Questa cifra è stata modificata da Gu et al. 2012 2.
Per l'identificazione iniziale di colpi antivirali, uno dei passaggi chiave per la scoperta di farmaci antivirali e di sviluppo è quello di sviluppare analisi robuste, che prevede la selezione di un indicatore quantificabile, lo sviluppo di un protocollo semplice, ottenendo segnali sufficienti e meno del 10% CV. Quasi tutte le schermate biochimiche o basati su cellule sono progettati per fornire un punto di partenza chimica basato sulla più robusta, semplice e poco costoso saggio, causa la riproducibilità richiesta nel processo di selezione e potenzialmente elevato numero di molecole che saranno proiettati. Il saggio basato CPE-è stato designato per soddisfare tali requisiti di identificare colpi efficaci da una grande libreria composto. CPE riferisce effetto negativo sulle cellule coltivate associate alla proliferazione dei virus. Vari metodi sono disponibili per utilizzare l'indicatore CPE mediante misurazione di una varietà di differenti marcatori indicanti il numero di cellule morte (citotossicità), il numero di cellule vive (vitalità), e il meccanismodi morte cellulare (apoptosi). Reagenti commerciali per saggio basato CPE-sono disponibili con un semplice protocollo di dosaggio. Ad esempio, il kit comprende CTG singolo passo "mescolare e misurare" ed è stato ampiamente utilizzato per quantificare virus indotta CPE. Tuttavia, saggio basato CPE-è limitata a virus che potrebbero indurre una rapida CPE. Per i virus che non inducono rapida CPE, sono stati sviluppati vari metodi. Ad esempio, il saggio basato replicone-utilizzando la linea cellulare-replicone ospitare permette lo screening per gli inibitori della replicazione virale, compresa la traduzione, trasformazione poliproteina, e meno-piú filamento sintesi dell'RNA 12-14. Le strategie di RNA antisenso e screening virtuale di librerie di piccole molecole potrebbero anche essere usati per identificare possibili antivirali 15,16. Tuttavia, è fondamentale che l'efficacia di un farmaco antivirale convalidato nel saggio basato su cellule in vitro che consente la valutazione dell'efficacia antivirale contro l'intero ciclo di vita virale. A base di CPEsaggio è stato adattato con successo in formato throughput elevato ed è uno dei test più affidabile e robusto per la proiezione di grandi librerie di composti, tra cui recentemente compiuto HTS proiezioni contro il virus dell'influenza 6,17, grave sindrome respiratoria acuta coronavirus (SARS-CoV) 18 , arenaviruses 19, e Reovirus (virus della Bluetongue) 5.
Il dosaggio dose-risposta è stato designato per convalidare ulteriormente l'efficacia antivirale dei risultati identificati tramite il singolo saggio basato CPE dosi, di solito dopo screening di una grande libreria di composti. Questi risultati, anche se identificata con attività antivirale, bisogno di ulteriore conferma a rivelare le loro potenzialità per diventare una droga. Efficacia antivirale di un composto potrebbe essere rivelata attraverso l'analisi tramite EC 50, CC 50 e SI 50 valore utilizzando l'analisi dose-risposta. Nel frattempo, fuori fuori bersaglio o falsi positivi saranno identificati, e il numero di piombo compounds potrebbero essere ristretti verso il basso. Via questa analisi, l'ordine delle potenze composti e tossicità potrebbe essere classificato per dirigere futuro scoperta di nuovi farmaci antivirali, in particolare per il rapporto struttura-attività (SAR) analisi e futura modifica chimica farmaceutica. Infatti, composto C052 è un derivato del composto C003, che associata con buone proprietà farmacologiche sia in vitro che in vivo.
Per soddisfare i requisiti di un farmaco, è un must per determinare la sua MoA, cioè per caratterizzare l'interazione di un composto con il suo bersaglio a concentrazioni fisiologiche. Vari metodi sono stati sviluppati dei particolari antivirali, cioè di inibire non solo il bersaglio ma per avere solubilità accettabile, permeabilità, proteina di legame, selettività, metabolismo e tossicità profili. Poiché gli studi ministero dell'Agricoltura erano basso throughput test che necessitano di sforzi laboriosi, solo poche molecole selezionate, con potenti EC 50, alta CC 50 high SI 50 valore, potrebbe essere facilmente analizzati. Una comprensione della MoA di un composto in questa fase può aggiungere profondità alla interpretazione di attività cellulare o la sua assenza. Lo studio ToA è designato per restringere la fase in cui l'antivirale interagisce con gli obiettivi virali o di accoglienza. Conoscere un composto è competitivo con un substrato in certa fase del ciclo di vita virale potrebbe fornire una direzione immediata per ulteriori analisi MoA. In alternativa, saggio basato più potente cellulare con meccanismo conosciuto, compreso saggio di schermo direttamente per l'HIV-1 inibitori dell'integrasi 20, inibendo legame alle proteine di superficie del virus 21 potrebbero essere utilizzati che forniscono noto MoA prima proiezioni attuali 22. Mentre i risultati di questi controlli potrebbero legati alla MoA designato, in realtà ci MoA può anche essere necessario sottoporre a ToA e altro meccanismo degli studi di azione.
In sintesi, utilizzando i tre saggi qui riportati, abbiamo proiettato con successo e identificatidiversi farmaci antivirali potenti contro il BTV, tra cui C003 e C052 2. In particolare, il SI 50 (di C052 era fino a 306, che suggerisce che C052 è altamente selettiva contro BTV. Via Toa e altri studi ministero dell'Agricoltura presentate nel documento originale, abbiamo proposto che C052 potrebbe essere un potenziale agente antivirale interagire con l'host Macchine autofagia, potrebbe essere sviluppato in un farmaco anti-BTV.
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Questo progetto è stato sostenuto dalla concessione 1R03MH08127-01 e 7R03MH08127-02 dal NIH per Q. Li, e dai fondi IMPACT dal Dipartimento di Medicina a UAB di Q. Li. Il sostegno del Fondo Molette e Auburn University è apprezzato. Ringraziamo anche le assistenze tecniche da Ms. Pulin Che e Mr. Volodymyr Musiienko durante il corso dei lavori.
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 |
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