Method Article
Этот протокол описывает экспериментальный процесс по производству высокотитра инфекционных вирусных псевдотипированных частиц (pp) с оболочкой гликопротеинов из двух штаммов гриппа А и как определить их инфекционность. Этот протокол очень адаптируется к разработке pps любого другого типа окутанных вирусов с различными гликопротеины оболочки.
Случайная прямая передача высокопатогенного вируса птичьего гриппа А H5N1 (HPAI H5N1) и H7N9 людям и их летальности являются серьезными проблемами общественного здравоохранения и указывают на возможность эпидемии. Тем не менее, наше молекулярное понимание вируса является рудиментарным, и необходимо изучить биологические свойства его оболочки белков в качестве терапевтических целей и разработать стратегии по борьбе с инфекцией. Мы разработали твердую вирусную псевдотипированную частицу (pp) платформу для изучения вируса птичьего гриппа, включая функциональный анализ его гемагглютинина (HA) и нейраминидаза (NA) конвертгликопротеинов, реассортировызные характеристики HAs и NAs, рецепторы, тропизмы, нейтрализация антител, диагностика, инфекционность, для целей разработки лекарств и разработки вакцин. Здесь мы описываем экспериментальную процедуру по установлению pps с оболочкой гликопротеинов (HA, NA) из двух штаммов гриппа А (HAPI H5N1 и 2013 птичьи H7N9). Их генерация основана на способности некоторых вирусов, таких как вирус мурин лейкемии (MLV), включать конверт гликопротеинов в pp. Кроме того, мы также подробно, как эти pps количественно с RT-qPCR, и инфекционность обнаружения родной и несовместимые вирусpps в зависимости от происхождения HAs и NAs. Эта система является очень гибкой и адаптируемой и может быть использована для создания вирусных pps с конвертом гликопротеинов, которые могут быть включены в любой другой тип окутанного вирусом. Таким образом, эта платформа вирусных частиц может быть использована для изучения диких вирусов во многих исследованиях.
Миссия вирусной частицы состоит в том, чтобы транспортировать ее геном из инфицированной клетки-хозяина в неинфицированную клетку-хозяина и доставить ее в цитоплазму или ядро в рецифицируемой форме1. Этот процесс первоначально вызван связыванием с рецепторами клеток-хозяев, а затем слиянием вирионных и клеточных мембран. Для окутанных вирусов, таких как вирусы гриппа, шип гликопротеинов отвечают за связывание рецепторов и слияние1,2. Вирусные гликопротеины конверта (например, пирогенны, антигены), участвуют во многих важных свойствах и событиях, таких как инициирование жизненного цикла вируса (связывание и слияние), вирусный патогенез, иммуногенность, апоптоз клеток-хозяев и клеточный тропизм, клеточный эндоцитарный путь, а также межвидовая передача и реассортициция1,3,4,5,6. Исследования вирусных гликопротеинов конверт поможет нам понять многие аспекты процесса вирусной инфекции. Псевдотипированные вирусные частицы (pp), также называемые псевдовирии или псевдочастицы, могут быть получены с помощью псевдотипирования техники8,9,10. Эта технология была использована для разработки псевдотипированных частиц многих вирусов, в том числе гепатита С11,12, гепатита В13,везикулярный стоматит вирус (VSV)14,15, и вирус гриппа16,17,18,19. Эта технология основана на протеине Gag-Pol лентивирусов или других ретровирусов.
Псевдотипированные вирусные частицы могут быть получены с помощью трех плазмидной системы путем котрансфектации вирусного конверта гликопротеина экспрессии плазмида, ретровирусной упаковки плазмид отсутствует конверт env гена, и отдельный репортер плазмид в pp клеток производителя. Ретровирус собран его протеином Gag, и он бутоны от зараженной мембраны клетки который выражает протеин конверта вируса1. Таким образом, можно получить высокий титр гриппа pps с помощью ретровирусного белка Gag для производства почек на клеточной мембране, выражающей гриппHA и NA. В наших предыдущих исследованиях, HAs / NAs во всех комбинациях были функциональными и в состоянии выполнять свои соответствующие функции в вирусном жизненном цикле16,17,18,20,21. Эти pps использованы для того чтобы исследовать характеристики гриппа биологически, включая hemagglutination, деятельность neuraminidase, tropism связывания HA-рецептора, и infectivity. Поскольку HA и NA являются важными поверхностными функциональными белками в вирусном жизненном цикле, несоответствие HAs и NAs, полученных из различных штаммов гриппа, может частично продемонстрировать реассортивность между ними. Здесь мы создаем восемь типов гриппа pps, объединяя два HAs и два NAs (производные от штамма HPAI H5N1 и h7N9 пятно), используя три плазмидной псевдотипирования системы. Эти восемь типов pps включают в себя два родного pps, H5N1pp, H7N9pp; два несовпадающих pps, (H5'N9)pp, (H7'N1)pp; и четыре pps только укрывательство одного гликопротеина (HA или NA), H5pp, N1pp, H7pp, N9pp. Исследования вируса гриппа, такие как H5N1 и H7N9, ограничены требованиями биобезопасности. Все исследования штаммов вируса дикого гриппа должны проводиться в лаборатории биобезопасности 3 (BSL-3). Псевдотипированная технология вирусных частиц может быть использована для упаковки искусственного вириона в условиях биобезопасности 2 (BSL-2). Таким образом, pps представляют собой более безопасный и полезный инструмент для изучения процессов вируса гриппа в зависимости от двух основных гликопротеинов: гемагглютинина (HA) и нейраминидаза (NA).
Этот протокол описывает генерацию этих pps с трехплазмидной стратегией котрансфекции (см. рисунок 1),как количественно pps, и обнаружение инфекции. PP производства включает в себя три вида плазмидов(Рисунок 1). Ген кляп-пол, который кодирует ретровирусный белок Gag-Pol, был клонирован из комплекта упаковки ретровирусов и вставлен в плазмид pcDNA 3.1 и назван pcDNA-Gag-Pol. Улучшенный зеленый флуоресцентный белок (eGFP) ген, который кодирует зеленый флуоресцентный белок, был клонирован из вектора pTRE-EGFP, вставлен в плазмид pcDNA 3.1 и называется pcDNA-GFP. Во время клонирования последовательность упаковочного сигнала (яп. ) была добавлена через грунтовку. Гены HA и NA были клонированы в плазмид pVRC, названный pVRC-HA и pVRC-NA, соответственно. Последний плазмид кодирует белок синтеза и может быть заменен любым другим интересуемым белком синтеза. Наша псевдотипивная платформа включает в себя два гликопротеина экспрессии плазмиды: pVRC-HA и pVRC-NA. Это может упростить исследования по реассортиции между различными штаммами вируса в условиях BSL-2.
1. День 1: Культура клеток и посев
2. День 2: Четырехплазмидный котрансфекция, опосредованный липофекцией
3. День 3: Восприимчивые клетки посева
4. День 4: Псевдотипированные Вирусные частицы Коллекция, количественная и инфекционная асссе
5. День 5 или 6: Обнаружение инфекции
В зависимости от общей процедуры, описанной выше, мы создали 10 типов pps, сочетающих две группы HAs/NAs или ГЛИкопротеин VSV-G или гликопротеины без конверта (показано в таблице 1). Семь из них заразны. PPS, которые гавани не-конверт гликопротеин или только гавань NA не показали какой-либо инфекции здесь. Процедура производства гриппа pp рассматривается на рисунке 1. На рисунке 3показаны электронные микрографы трансмиссии pps (например, H5N1pp). Результаты анализов инфекционности этих pps показаны на рисунке 4. Инфекционность семи типов pps оценивалась по копиям генома на одну клетку (GCP) (по аналогии с множественностью инфекции (MOI) значение 20. В группе pps укрывательство H5, инфекционность H5N1, (H5'N9), и H5 была 90,05 и 4,05%, 17,78 и 1,58%, 10,15 и 2,85% для клеточной линии A549 и 40,37 и 4,92%, 5,24 - 1,32%, 4,88 м.0ц. В группе pps, укрывающей H7, инфекционность H7N9, (H7'N1), и H7 составила 10,45 х 2,35%, 6,75 и 1,37%, 1,23 и 0,33% для клеточной линии A549 и 7,61 и 1,04%, 4,12 и 1,29%, 1,08 Для анализов инфекции pps, особенно HApp (H5pp, H7pp), экзогенная нейраминидаза не была добавлена. В этом анализе инфекционности, клетки MDCK также были использованы как линия клетки управления для того чтобы испытать pps infectivity. Инфекционность VSVGpp составила 20,9 и 2,00% для A549 и 16,02 и 2,41% для клеток MDCK. Дельта-конверт гликопротеинов pp (Зенв pp) не показал инфекции в нашем исследовании. Эти данные также показали, что HAs/ NAs из различных штаммов вируса способны успешно генерировать инфекционные вирусные частицы. В совокупности наша псевдотипивная платформа может разрабатывать инфекционные псевдотипированные вирусные частицы, используемые в исследованиях гриппа.
Рисунок 1: Обзор процедуры производства гриппа pp. ()Упаковка плазмид pcDNA-Gag-pol, репортер плазмид pcDNA-GFP, и конверт гликопротеин выражение плазмиды pVRC-HA и pVRC-NA, котрансфицируются в PP-производства HEK 293/17 клеток. (B) В клетках HEK 293/17 полипротеины Gag-Pol синтезируются и транспортируются неизвестным механизмом в клеточную мембрану. Гликопротеины HA и NA транспортируются и закрепляются на клеточной мембране через секреторный путь. Репортер плазмид pcDNA-GFP транскрибируется в одноцепочечную геномную РНК. (C) Во время или после транспортировки, Gag-Pol белка вербует одноцепочечной геномной РНК через пси-РНК упаковки сигналов, тем самым образуя предварительно бутонизации комплексов. (D) Собранный комплекс Gag-pol---RNA индуцирует искривление мембраны, что приводит к образованию бутона. Во время бутонизации, вирусный конверт гликопротеинов HAs / NAs включены в зарождающихся частиц. Побуживание завершается, как частица отжимает от клеточной мембраны. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Общая договоренность в ассочтивности инфекционности. Тесты инфекционности каждого типа pps к одной восприимчивой линии клеток были измерены в тройном. Альвеолярные клетки человека A549 и MDCK используются в качестве восприимчивых клеток. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Трансмиссионные электронные микрографы pps. Неконцентрированный (слева) и концентрированный (справа) супернатант. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Инфекция нормализованных pps. Инфекция представлена как средний процент стандартного отклонения (SD) инфицированных клеток (n No 3). Инфекция pps оценивалась в двух клеточных линиях, A549 и MDCK. Семь типов pps отображаются различные профили инфекции в двух целевых ячеек. Pps, что только гавань NA не показаны здесь, поскольку они не проявляют никакой инфекции. Pps, которые гавани не-конверт гликопротеинов (Зенв) также не показали инфекции в нашем исследовании. Процент инфекционности обозначал соотношение GFP репортер-положительных клеток в 10000 клеток на выборку. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
плазмидные препараты | ||||||||||
плазмида (КЛ, 0,1 мкг/Л) | H5N1 | (H5'N9) | H7N9 | (H7'N1) | H5 | N1 | H7 | N9 | VSVG | Зенв |
pcDNA-Gag-pol | 10.53 | 10.53 | 10.53 | 10.53 | 11.43 | 11.43 | 11.43 | 11.43 | 11.43 | 12.5 |
pcDNA-GFP | 10.53 | 10.53 | 10.53 | 10.53 | 11.43 | 11.43 | 11.43 | 11.43 | 11.43 | 12.5 |
pVRC-HA | 1.98 | 1.98 | 1.98 | 1.98 | 2.14 | - | 2.14 | - | - | - |
pVRC-NA | 1.98 | 1.98 | 1.98 | 1.98 | - | 2.14 | - | 2.14 | - | - |
pcDNA-VSVG | - | - | - | - | - | - | - | - | 2.14 | - |
Таблица 1: Комбинации белков HA и NA, полученных из вирусов H5N1 и H7N9, а также требуемые количества (объем) плазмидной ДНК для одной хорошо трансфекционной пластины 6 скважин. В соответствии с концентрацией плазмидных препаратов, рассчитать необходимый объем каждой плазмидной ДНК. Общее количество плазмидной ДНК для транфекции одной скважины составляет 2,5 мкг. Чтобы получить самую высокую эффективность трансфекции и самые низкие неспецифические эффекты, мы оптимизировали условия трансфекции путем изменения плазмидной ДНК и концентраций реагентов трансфекции. После оптимизации соотношение четырех плазмидов было установлено как 16:16:1:1. Объем трансфекционного реагента, используемого в одной скважине трансфекции 6 скважинной пластины, составляет 8 зл (не показано в таблице). Два HAs и два NAs из вирусов H5N1 и H7N9 могут быть использованы для создания восьми типов pps: H5N1pp, (H5 и N9)pp, H5pp, N1pp, H7N9pp, (H7 и N1)pp, H7pp и N9pp. Pps, которые гавани не-конверт гликопротеинов (Зенв) или только гавань NA гликопротеинов показали не инфекционность в нашем исследовании.
В этом протоколе мы описываем метод производства псевдотипированных частиц вируса гриппа (pp) в условиях BSL-2. Репортер плазмид pcDNA-GFP включен в pps и может быть использован для количественной оценки pps FACS в анализе инфекции. Мы выбрали два типа восприимчивых клеточных линий, потому что они широко используются в исследованиях гриппа. Клетки MDCK обеспечат хороший контроль над переменными увековеченными человеческими клетками, используемыми в этих исследованиях.
Этот протокол основан на ретровирусе MLV, который может включать репортера GFP и производить почки на клеточной мембране. Этот метод был широко разработан для упаковки частиц вируса гриппа4,22,23,24. Некоторые другие системы основаны на лентивирусной системе псевдотипирования ВИЧ-119,25,26 или системе экспрессии клеток baculovirus-насекомых27,28,29. Многие другие гены репортера также были использованы для производства псевдочастиц, таких как люцифераза (люминесценция)30,31,32,33, й-гал / Лака (по кололиметрии)34,35, и выделяется щелочной фосфатазы36,37. Милле и др. использовали люциферазу для количественной оценки инфекционности коронавирусных псевдотипированных частиц33. По сравнению с люциферазой, зеленая флуоресценция GFP легко наблюдается с перевернутым флуоресцентным биологическим микроскопом. Это удобный способ проверить эффективность трансфекции и инфекции. Для этого исследования, инфекционность может быть определена непосредственно путем обнаружения GFP-положительных клеток с FACS.
В этом методе несколько шагов критически влияют на результаты. Оптимизированная плотность клеток является критическим фактором для успешного трансфекции. В этом протоколе было установлено, что плотность клеток в диапазоне 80-90% конфлюкса оптимальна для производства вируса гриппа pp. Более высокая или более низкая плотность клеток приведет к снижению эффективности трансфекции. Хорошее физиологическое состояние клеток-производителей также очень важно для производства частиц с высоким содержанием частиц. Вот почему нижний проход клеток HEK 293T/17 клетки рекомендуется производить pps в этом протоколе. Кроме того, объем трансфекционного реагента и соотношение четырех плазмидов также могут повлиять на эффективность трансфекции. Для получения наивысшей эффективности трансфекции рекомендуется оптимизировать эти факторы путем изменения и тестирования их количества. Мы установили соотношение четырех количеств плазмиды как 16:16:1:1 и объем трансфекционного реагента как 8 л для одной хорошо tranfection в 6 хорошо пластины. Другой проблемой является обработка ячеек. Клетки HEK 293T/17производительные являются низкой адгезией, поэтому ручная обработка клеток должна быть очень мягкой. Липотекция может привести к увеличению проницаемости клеток, а сыворотка и антитела в среде могут увеличить цитотоксичность. Лучше всего использовать безсыворотки и антитела без DMEM для культуры пост-трансинфицированных HEK 293T/17 клеток. Кроме того, время сбора имеет важное значение. На 36-48 ч после трансфекции, цвет клеточной супернатантии должны быть проверены, чтобы убедиться, что это розовый или оранжево-розовый перед pp коллекции. желтый супернатант указывает на то, что среда слишком кислой для поддержки роста клеток и обычно приводит к плохой урожайности pp.
Мы провели трансфекционный асссев в 6 колодцевой пластине. Для получения большего объема pp количество трансфекционных скважин может быть увеличено и супернатанты, которые содержат те же pps могут быть объединены вместе. Кроме того, некоторые другие виды судов могут быть использованы для повышения доходности pp. Например, 18 л трансфекционного реагента и 5,5 мкг плазмидной ДНК могут быть использованы для выполнения трансфекции с 2,2 х 106 клетками в одной тарелке 60 мм. Аналогичным образом, асссецид инфекционности может быть проведен в 24 хорошо пластины.
На успех этой техники могут влиять многие факторы. Поэтому процедура должна быть оптимизирована для упаковки частиц различных видов вирусов.
В этом протоколе были созданы псевдотипированные вирусные частицы HPAI H5N1 и H7N9, а также их реассорта. В этом методе мы используем qRT-PCR GFP-RNA в анализе инфекционности на одноклеточном уровне (как копии генома на клетку) вместо инфекционной дозы культуры ткани 50 (TCID50) или традиционного MOI23,38,39. Методы заражения вирусом основаны на анализах налета или TCID50, которые являются трудоемкими и трудоемкими. Оба исследования полагаются на измерение видимых цитопатических эффектов (CPE), вызванных вирусной инфекцией в клеточных линиях, так что это может быть трудно титрат вирусов низкой инфекции (т.е. H7pp в этом исследовании). Мы считаем, что это удобный, эффективный и быстрый метод нормализации pps с qRT-PCR РНК GFP, содержащейся в гриппе pps.
В совокупности наша техника безопасна и адаптируема, и может быть использована для изучения окутанных вирусов, включая их рецепторы, тропизмы, функцию гликопротеина, нейтрализацию антител, разработку антивирусных препаратов, диагностику и разработку вакцины и Оценки.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана грантами от провинции Чжэцзян медицины и здравоохранения науки и техники плана (Грант Номера, 2017KY538), Ханчжоу муниципальной медицины и здравоохранения науки и техники плана (Грант Номера, OO20190070), Ханчжоу медицинской науки и Проект "Технологический ключевой проект" (Grant Numbers, 2014-11) и муниципальный проект автономного применения в Ханчжоу социального развития и научных исследований (Grant Numbers, 20191203B134).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Benzonase Nuclease | Millipore | 70664 | Effective viscosity reduction and removal of nucleic acids from protein solutions |
Clear Flat Bottom Polystyrene TC-treated Microplates (96-well) | Corning | 3599 | Treated for optimal cell attachment Sterilized by gamma radiation and certified nonpyrogenic Individual alphanumeric codes for well identification |
Clear TC-treated Multiple Well Plates (6-wells) | Costar | 3516 | Individual alphanumerical codes for well identification Treated for optimal cell attachment Sterilized by gamma irradiation |
Dulbecco's modified essential medium (DMEM) | Gibco | 11965092 | A widely used basal medium for supporting the growth of many different mammalian cells |
Fetal bovine serum | Excell | FND500 | fetal bovine sera that can offer excellent value for basic cell culture, specialty research, and specific assays |
Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) | Beckman coulter | cytoflex | |
Human alveolar adenocarcinoma A549 cells | ATCC | CRM-CCL-185 | |
Human embryonic kidney (HEK) HEK-293T/17 cells | ATCC | CRL-11268 | A versatile transfection reagent that has been shown to effectively transfect the widest variety of adherent and suspension cell lines |
Inverted fluorescent biological microscope | Olympus | BX51-32P01-FLB3 | |
Inverted light microscope | Olympus | CKX31-12PHP | |
Lipofectamine 2000 Transfection Reagent | Invitrogen | 11668019 | Rapid, sensitive and precise probe-based qPCR detection and quantitation of target RNA targets. |
Luna Universal Probe One-Step RT-qPCR Kit | NEB | E3006L | Will withstand up to 14,000 RCF RNase-/DNase-free Nonpyrogenic |
Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cells | ATCC | CCL-34 | |
MaxyClear Snaplock Microcentrifuge Tube (1.5 mL) | Axygen | MCT-150-C | 33 mm, gamma sterilized |
Millex-HV Syringe Filter Unit, 0.45 µm, PVDF | Millipore | SLHV033RS | an improved Minimal Essential Medium (MEM) that allows for a reduction of Fetal Bovine Serum supplementation by at least 50% with no change in cell growth rate or morphology. Opti-MEM I medium is also recommended for use with cationic lipid transfection reagents, such as Lipofectamine reagent. |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Gibco | 11058021 | The antibiotics penicillin and streptomycin are used to prevent bacterial contamination of cell cultures due to their effective combined action against gram-positive and gram-negative bacteria. |
penicillin-streptomycin | Gibco | 15140122 | Maximum RCF is 12,500 xg Temperature range from -80 °C to 120 °C RNase-/DNase-free Sterile |
PP Centrifuge Tubes (15 mL) | Corning | 430791 | a stable and highly reactive serine protease |
Proteinase K | Beyotime | ST532 | Treated for optimal cell attachment Sterilized by gamma radiation and certified nonpyrogenic |
TC-treated Culture Dish (60mm) | Corning | 430166 | Trypsin from bovine pancreas TPCK Treated, essentially salt-free, lyophilized powder, ≥10,000 BAEE units/mg protein |
TPCK-trypsin | Sigma | T1426 | This liquid formulation of trypsin contains EDTA and phenol red. Gibco Trypsin-EDTA is made from trypsin powder, an irradiated mixture of proteases derived from porcine pancreas. Due to its digestive strength, trypsin is widely used for cell dissociation, routine cell culture passaging, and primary tissue dissociation. The trypsin concentration required for dissociation varies with cell type and experimental requirements. |
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Gibco | 25200056 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены