JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
免疫与感染

No início virais Ensaios de entrada para a identificação e avaliação de compostos antivirais

Published: October 29, 2015
doi:
10.3791/53124
, , , ,
1Department of Chinese Medicine,Taipei Medical University Hospital, 2Department of Obstetrics and Gynecology, School of Medicine, College of Medicine,Taipei Medical University, 3Department of Microbiology and Immunology, School of Medicine, College of Medicine,Taipei Medical University, 4Division of Hematology and Oncology, Department of Internal Medicine,Taipei Medical University Hospital, 5Department of Internal Medicine, School of Medicine, College of Medicine,Taipei Medical University, 6Graduate Institute of Medical Sciences, College of Medicine,Taipei Medical University

Summary

Here, we present a protocol that examines specific steps of the viral entry to identify and evaluate novel antiviral agents.

Abstract

Cell-based systems are useful for discovering antiviral agents. Dissecting the viral life cycle, particularly the early entry stages, allows a mechanistic approach to identify and evaluate antiviral agents that target specific steps of the viral entry. In this report, the methods of examining viral inactivation, viral attachment, and viral entry/fusion as antiviral assays for such purposes are described, using hepatitis C virus as a model. These assays should be useful for discovering novel antagonists/inhibitors to early viral entry and help expand the scope of candidate antiviral agents for further drug development.

Introduction

Viral infections are a constant threat to the public health and a significant cause of epidemic diseases, morbidity, and deaths worldwide. Specific modes of control against viral infections include vaccine development and antiviral therapies. While vaccine efforts have proven successful in immunizing against several viruses, many viral pathogens remain without a protective vaccine including dengue virus (DENV), human cytomegalovirus (HCMV), hepatitis C virus (HCV), human immunodeficiency virus (HIV), and respiratory syncytial virus (RSV)1-5. Antivirals, on the other hand, play an important role for the management of these viral infections when prophylactic vaccines are unavailable. However, to date, only few licensed and cost-effective antiviral drugs are available compared to the number of viral pathogens that threatens the public health. More importantly, due to an increase in global travel and rapid urbanization, the situation is aggravated by risks of epidemic outbreaks from emerging/re-emerging viral infections that are being introduced into non-indigenous areas6. Recent outbreaks caused by severe acute respiratory syndrome (SARS) virus, influenza viruses (H1N1, H5N1, H3N2, and H7N9), DENV, West Nile virus (WNV), measles virus (MV), Middle East Respiratory Syndrome (MERS) virus, and Ebola virus6-12 are among the examples reflecting the need for antivirals development when immunization and/or therapeutics are unavailable. In addition, there is always a potential risk of generating drug-resistant infections with currently used antivirals. Thus, the continuous development and expansion of the scope of antivirals to these emerging/re-emerging viral infections are necessary to provide better management strategies and safeguard the public health.

Most antiviral therapies consist of direct acting antivirals (DAAs) which target a specific viral protein or cofactor that mediates important steps in the viral life cycle. For example, the nucleoside analogue Acyclovir inhibits herpesvirus DNA polymerase, protease inhibitors Boceprevir and Telaprevir antagonize the HCV NS3, and Oseltamivir and Zanamivir are neuraminidase inhibitors that block the release of influenza virus particles from infected cells13-15. There are however very few licensed viral entry inhibitors including Enfuvirtide, which targets HIV gp41 to prevent fusion, and Maraviroc, which blocks the HIV co-receptor CCR5, thereby preventing viral entry16. Exploring novel antagonists/inhibitors to viral entry could help provide additional therapeutics for prophylactic or therapeutic use, such as in combination with other antivirals with a different mechanism of action to better manage viral infections17-19.

Identification of antivirals can involve structure-guided drug design and candidate drug screening-based strategy. Methods for assessing antiviral activity of test agents include biochemical assays of enzymatic activity and evaluation by cell-based systems20-23. In cell-based systems, the viral life cycle can be dissected into distinct stages of infection, such as entry events (attachment, fusion, uncoating), the replication phase (viral genome replication and protein translation), and virion egress (assembly, maturation, and release). Since the assays can be adapted to investigate each specific stage using various tools and methods, this approach allows identification/examination of potential candidate antivirals with a specific mechanism of action targeting the distinct stage analyzed. For instance, to analyze drug effect specifically on the free virus particles prior to binding to the host cell, a ‘viral inactivation assay’ can be performed. In this assay, the virus is allowed to incubate with the test drug and then diluted to titrate out the drug before infecting a cell monolayer. Additional steps such as viral attachment and entry/fusion stages can also be analyzed individually, by shifting the temperature during the infection. For many enveloped viruses, viral entry/fusion at the host cell membrane is greatly facilitated at 37 °C, but is typically precluded at 4 °C which does not affect virus binding24-29. Finally, the use of reporter viruses or cell systems could facilitate these studies and permit a high-throughput analysis.

We previously employed the cell-based approach and dissected the early entry of various enveloped viruses for the examination of antiviral compounds that potentially antagonize viral entry30,31. Herein, the various methods used, including viral inactivation, viral attachment, and viral entry/fusion assays, are described.

Protocol

Nota: Certifique-se de que todos os procedimentos que envolvem cultura celular e infecção pelo vírus são realizados em capuzes de biossegurança certificados que são apropriadas para o nível de biossegurança das amostras sendo manipulado. Para a finalidade de descrever os protocolos, Gaussia luciferase de VHC marcada com repórter é utilizado como um vírus modelo 32. No contexto dos resultados representativos, o ácido compostos chebulagic (CHL) e punicalagina (PUG) são utilizados como medicamentos antivirais candidatos que têm como alvo as interacções de glicoproteínas virais com os glicosaminoglicanos da superfície celular durante a entrada viral precoce passos 31. A heparina, que é conhecida por interferir com a entrada de muitos vírus 30,31,33,34, é utilizada como um tratamento de controlo positivo, em tal contexto. Para o fundo de base em técnicas de virologia, propagação de vírus, a determinação do título do vírus e a expressão de dose infecciosa em unidades formadoras de placas (PFU), concentrar unidades formadoras de FFU (), ou multiplicidade de infecção (MOI), o leitor é rerido para fazer referência a 35. Para exemplos anteriores e condições otimizadas utilizados para vírus mostrados nos resultados representativos, o leitor é remetido para referências 30-32,36-39, bem como detalhes listados na Tabela 1, Figura 1A e 2A. 1. Cultura celular, Composto de preparação, e o Composto Citotoxicidade Crescer a linha celular correspondente para o sistema de infecção por vírus a ser analisado (Tabela 1). Para o HCV, crescer as células Huh-7.5 em meio de Eagle modificado por Dulbecco (DMEM) suplementado com soro a 10% de bovino fetal (FBS), 200 U / ml de penicilina G, 200 ug / ml de estreptomicina, e 0,5 ug / ml de anfotericina B. Preparar os compostos de teste e controlos utilizando os seus respectivos solventes: por exemplo, dissolver CHL e PUG em sulfóxido de dimetilo (DMSO); preparar heparina em água bidestilada estéril. Para todas as diluições subseqüentes, utilize meios de cultura. Nota: O último concentração de DMSO nos tratamentos composto do teste é inferior a 1% nas experiências; 1% de DMSO é incluído como um tratamento de controlo negativo nos ensaios para comparação. Determinar a citotoxicidade dos compostos de teste (por exemplo, Chla PUG) e sobre as células para a infecção virai utilizando uma determinação de viabilidade celular, tais como reagente de XTT (2,3- bis [2-metoxi-4-nitro-5-sulfofenil] -5-fenilamino) -carbonil] -2H-tetrazólio): Para o HCV, sementes células Huh-7.5 numa placa de 96 poços (1 x 10 4 culas por po) e incuba-se a 37 ° C numa atmosfera de 5% de CO 2 incubadora O / N para se obter uma monocamada. Aplicar controlo de DMSO (1%) ou concentrações crescentes de compostos de teste a CHL e PUG (ex. 0, 10, 50, 100, e 500 ^ M) aos poços de cultura em triplicado. Incubar a 37 ° C durante 72 h, em seguida, descartar o meio na placa e lavar as células com 200 ul de solução salina tamponada com fosfato (PBS) duas vezes. Adicionar 100 ul de assaying de solução a partir do kit de ensaio de toxicologia in vitro na base de XTT-se a cada poço e incubar as placas a 37 ° C durante mais 3 horas para permitir a produção de formazano XTT. Determinar a absorvência com um leitor de microplacas a um comprimento de onda de teste de 492 nm e um comprimento de onda de referência de 690 nm. Calcula-se a percentagem de células sobreviventes com a seguinte fórmula: viabilidade celular (%) = A / Como × 100%, em que 'A' e 'As' referem-se a absorvância dos compostos de teste e o controlo de solvente (1% de DMSO ex. ) tratamentos, respectivamente. Determinar a concentração de 50% de citotoxicidade celular (CC50) dos compostos de teste a partir de um software de análise, tais como o GraphPad Prism de acordo com o protocolo do fabricante. 2. Leitura de infecção viral Nota: A leitura da infecção virai depende do sistema de vírus utilizado e pode envolver métodos tais como ensaios de placa ou MEAsuring sinais repórter de vírus marcado-repórter. O método para detectar a infecção por HCV-repórter com base na actividade repórter da luciferase é descrito abaixo. Recolhe-se os sobrenadantes dos poços infectados e clarificar a 17000 xg numa microcentrífuga durante 5 min a 4 ° C. Misturar 20 ul de sobrenadante de teste a 50 ul de substrato de luciferase a partir do kit de ensaio de luciferase e Gaussia medir directamente com um luminómetro de acordo com as instruções do fabricante. Expresso de infecciosidade de HCV como log 10 de unidades relativas de luz (RLU) para a determinação da inibição virai (%) e calcular a concentração 50% eficaz (CE 50) dos compostos de ensaio contra a infecção pelo HCV usando algoritmos de software GraphPad Prism de acordo com o protocolo do fabricante. 3. Inactivação Viral Assay Nota: Os exemplos de período de incubação e a dose virai de vários vírus deestá listada na Figura 1A. Concentrações mais elevadas do vírus também pode ser testado através do aumento da MOI / UFP. Semente células Huh-7.5 numa placa de 96 poços (1 x 10 4 culas por po) e incuba-se a 37 ° C numa atmosfera de 5% de CO 2 incubadora O / N para se obter uma monocamada. Incubar os compostos de teste ou controles (concentrações finais são: CHLA = 50 mM; PUG = 50 mM; heparina = 1,000 g / ml; DMSO = 1%) com as partículas de HCV a 37 ° C (Figura 1A, "a longo prazo" ) em uma proporção de 1: 1. Por exemplo, para um inoculo de vírus de 100 ul contendo 1 x 10 4 FFU, adicionar 100 ul de uma diluição de trabalho 100 uM CHL; este tratamento proporciona CHLA a uma concentração final de 50 uM. Dilui-se a mistura de vírus-droga (ineficaz) concentração de "sub-terapêutica" dos compostos de teste. Por exemplo, a concentração da CHL ineficaz e PUG contra o HCV é a 1 uM 31; portantoisto requer uma diluição de 50 vezes da mistura de vírus-droga que pode ser realizada com 9,8 ml de meio basal (meio de cultura de células com 2% de FBS). Nota: A diluição para a concentração sub-terapêutica impede interacção significativa entre os compostos de teste e da superfície da célula o hospedeiro e permite o exame do efeito do tratamento sobre os viriões livres de células. Note-se que esta diluição é dependente da dose resposta antiviral dos compostos de ensaio contra a infecção virai em particular, e é determinada antes de se efectuar este ensaio particular 31. Para comparação, o vírus misturar com os compostos de ensaio e imediatamente diluídas (sem período de incubação) a concentração sub-terapêutica antes da infecção (Figura 1A, "Short-Term"). Adicionar 100 ul da mistura de HCV-droga diluída para o Huh-7,5 monocamada de células (a quantidade de vírus é agora a 1 x 10 2 FFU; finais MOI = 0,01) e incubar durante 3 horas a 37 ° C para permitir viraladsorção. Após a infecção, remover os inóculos diluído e lava-se suavemente os poços com 200 ul de PBS, duas vezes. Nota: Execute as lavagens com cuidado para evitar levantar as células. Adicionar 100 ul de meio basal de cada poço e incuba-se a 37 ° C durante 72 h. Analisar a infecção resultante por doseamento do sobrenadante para a actividade de luciferase tal como descrito em '2. Leitura de infecção viral '. 4. Acessório viral Assay Nota: Os exemplos de período de incubação e a dose viral para vários vírus são listados na Figura 2A, "Anexo". Concentrações mais elevadas do vírus também pode ser testado através do aumento da MOI / UFP. Semente células Huh-7.5 numa placa de 96 poços (1 x 10 4 culas por po) e incuba-se a 37 ° C numa atmosfera de 5% de CO 2 incubadora O / N para se obter uma monocamada. Pré-relaxar as monocamadas de células em placas a 4 ° C FoR 1 h. Co-tratar as células com HCV inoculo (MOI = 0,01) e os compostos de teste ou os controlos (concentrações finais são: CHL = 50 | iM; PUG = 50 | iM; heparina = 1000 ug / ml; DMSO = 1%) a 4 ° C durante 3 hr. Por exemplo, para um inoculo de vírus de 90 ul contendo 1 x 10 2 FFU, adicionar 10 ul de uma diluição de trabalho de 500? M CHL; este tratamento proporciona CHLA a uma concentração final de 50 uM e uma infecção por HCV a MOI = 0,01 na monocamada de células. Nota: É importante realizar a experiência a 4 ° C uma vez que permite a ligação do vírus, mas impede a entrada que ocorre mais eficientemente a 37 ° C. Realizar a adição de compostos de vírus e de ensaio em gelo e o que se seguiu incubação num frigorífico a 4 ° C para assegurar que a temperatura é mantida a 4 ° C. Remover o sobrenadante e lavar cuidadosamente a monocamada de células com 200 ul de PBS gelado duas vezes. Nota: Execute as lavagens com cuidado para evitar levantar as células <./ li> Adicionar 100 ul de meio basal de cada poço e incuba-se a 37 ° C durante 72 h. Analisar a infecção resultante por doseamento do sobrenadante para a actividade de luciferase tal como descrito em '2. Leitura de infecção viral '. 5. Viral Entrada / ensaio de fusão Nota: Exemplo de períodos de incubação ea dose viral para vários vírus são listados na 'Entry / Fusão' Figura 2A. Concentrações mais elevadas do vírus também pode ser testado através do aumento da MOI / UFP. Semente células Huh-7.5 numa placa de 96 poços (1 x 10 4 culas por po) e incuba-se a 37 ° C numa atmosfera de 5% de CO 2 incubadora O / N para se obter uma monocamada. Pré-relaxar as monocamadas de células em placas a 4 ° C durante 1 h. Infectar as células com VHC (MOI = 0,01), a 4 ° C durante 3 h. Por exemplo, usar um inoculo de vírus de 100 ul contendo 1 x 10 2 UFF. Nota: Execute o addição do inoculo virai em gelo e o que se seguiu incubação num frigorífico a 4 ° C para manter a temperatura a 4 ° C, o que permite a entrada de ligação mas não virai. Remover o sobrenadante e lavar suavemente as monocamadas de células com 200 ul de PBS gelado duas vezes. Nota: Execute as lavagens com cuidado para evitar levantar as células. Tratar os poços com os compostos de teste ou os controlos (concentrações finais são: CHL = 50 | iM; PUG = 50 | iM; heparina = 1000 ug / ml; DMSO = 1%) e incuba-se a 37 ° C durante 3 h. Por exemplo, adicionar 10 ul de uma diluição de trabalho 500 mm CHLA para 90 l de mídia, misture, e tratar os poços; este tratamento proporciona CHLA a uma concentração final de 50 uM. Nota: A passagem de 4 ° C a 37 ° C agora facilita o evento de entrada / fusão viral e, portanto, permite a avaliação do efeito de compostos de teste 'sobre este passo particular. Aspirar o sobrenadante que contém o fármaco e remover não-internalizadovírus extracelulares através de lavagem com 200 ul de tampão citrato (citrato de sódio 50 mM, cloreto de potássio a 4 mM, pH 3,0) ou PBS. Adicionar 100 ul do meio de base antes da incubação a 37 ° C durante 72 h. Analisar a infecção resultante por doseamento do sobrenadante para a actividade de luciferase tal como descrito em '2. Leitura de infecção viral '.

Representative Results

Na Figura 1, foi realizado o "ensaio de inactivação virai" para examinar se dois compostos específicos e CHLA PUG natural poderia inactivar os vírus com envelope diferentes em estado isento de células e prevenir a infecção subsequente. A citotoxicidade e de resposta à dose antiviral destes compostos foram determinados antes de se efectuar o estudo mecanicista 31. Os vírus foram pré-tratadas com os compostos de teste e, em seguida, as misturas de vírus-drogas foram diluídas para concentrações sub-terapêuticos antes da inoculação para a respectiva monocamada de células para cada sistema vírus. Como mostrado na Figura 1, tanto CHL e PUG apareceu para interagir com os viriões livres de células, resultando em efeitos irreversíveis que a monocamada de células protegidas da infecção subsequente. Os dois compostos de teste alcançou uma inibição quase 100% contra HCMV, HCV e DENV-2, enquanto que um 60 – bloco de 80% foi observada contra MV e RSV. Estes resultados suggest que CHLA e PUG têm impacto direto sobre estas partículas virais livres, desativando-os e neutralizando sua infectividade. Na Figura 2, o anexo e entrada / ensaios de fusão foram realizados para explorar o efeito da CHLA e PUG contra esses eventos relacionados à entrada virais início de HCMV, HCV, DENV-2, MV, e RSV. Ambos CHL e PUG prevenida eficazmente a ligação dos vírus investigados para a respectiva célula hospedeira, como mostrado pela inibição da infecção viral resultante (Figura 2, 'anexo': barras cinzentas claras). O efeito inibitório sobre a fixação do vírus por ambos os compostos foi semelhante contra HCMV (Figura 2B), HCV (Figura 2C), DENV-2 (Figura 2D), e RSV (Figura 2F), variando de 90 – 100%. Por outro lado, PUG pareceu ser mais eficaz do que CHLA contra MV ligação (Figura 2E), com a taxa de inibição do TWS compostos que variam entre 50 – 80%. O tratamento de controlo de heparina, que é conhecido por bloquear a entrada de muitos vírus, também inibiu a fixação de HCMV, DENV-2, RSV, anúncio MV, mas foi menos eficaz contra o HCV. O 'ensaio de entrada / fusão viral "que se seguiu examinou se CHLA e PUG mantido a sua actividade durante a fase de entrada do vírus / fusão (Figura 2,' Entry / Fusão ': barras cinza escuro). Novamente, tanto CHL e PUG foram observados para prejudicar a eficácia do passo de entrada / fusão viral dos vírus examinados (Figura 2B – F), obtendo-se um 50 – efeito protector de 90% no respectivo monocamada de células. A heparina também inibiu potencialmente entrada / fusão em infecções de RSV e DENV-2, mas foi menos eficaz contra CMVH, VHC, e MV (<40% de inibição, em média). Vírus Tipo celular HCMV <td> HEL HCV Huh-7.5 DENV-2 Vero MV CHO-SLAM RSV HEp-2 Tabela 1:. Tipo de célula hospedeira por infecção viral O tipo de célula utilizado para cada sistema de infecção virai descrito nos resultados representativos está indicado. Detalhes adicionais referentes as células podem ser encontradas na referência 31. Figura 1. A inactivação de infecções virais por o CHLA compostos de teste e PUG vírus diferentes foram tratadas com os compostos de teste durante um longo período. (Incubadas durante 1,5 – 3 horas antes da titulação; barras cinzentas claras) ou curto prazo (imediatamente diluída; cinzento escuro bares) a 37 ° C antes de uma diluição à Concentra sub-terapêuticação e subsequente análise de infecção sobre as células respectivo hospedeiras. (A) Esquema da experiência (mostrada à esquerda) com a concentração de vírus final (PFU / poço ou MOI), período de incubação de vírus-drogas de longo prazo (i), e tempo de incubação posterior (ii) indicada para cada vírus no quadro à direita. Análise para (B) de HCMV, (C) de HCV, (D) DENV-2, (E) MV, e (F) de RSV são indicados em cada painel adicional. Os resultados são representados graficamente contra o tratamento de DMSO de controlo negativo para a infecção pelo vírus e os dados apresentados são as médias ± erros padrão da média (EPM) de três experiências independentes. Esta figura foi modificado a partir da referência 31. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2. A avaliação das actividades anti-virais dos compostos de teste a CHL e PUG fixação contra vírus e entrada / fusão. (A) O procedimento experimental, a concentração de vírus (pfu / poço ou MOI), e o tempo de adição e o tratamento com os compostos de ensaio (I, II, III) são apresentados para cada virus nos esquemas e as tabelas associadas. Na análise acessório do vírus (barras cinzentas claras), as monocamadas de diferentes tipos de células foram pré-arrefecidas a 4 ° C durante 1 h, em seguida, co-tratadas com os respectivos vírus e os compostos de teste a 4 ° C (1,5 – 3 h; i) antes de lavar os inóculos e compostos de teste para a subsequente incubação (37 ° C, ii) e exame da infecção pelo vírus. Na entrada do vírus / análise de fusão (barras cinza escuro), as monocamadas de células semeadas foram pré-refrigerada a 4 ° C durante 1 hr e depois desafiado com os respectivos vírus a 4 ° C durante 1,5 – 3 h (i). As células foram entãolavados e tratados com os compostos de teste durante um período de incubação adicional (ii) durante o qual a temperatura foi mudada para 37 ° C para facilitar o evento de entrada / fusão viral. No final da incubação, os vírus extracelulares foram removidos por qualquer tampão de citrato (pH 3,0) ou de lavagens com PBS e as células foram incubadas adicionalmente (iii) para a análise da infecção pelo vírus. Os resultados para (B) de HCMV, (C) de HCV, (D) DENV-2, (E) MV, e (F) de RSV são indicados em cada painel adicional. Os dados são representados graficamente contra o controlo negativo DMSO tratamento da infecção pelo vírus e são apresentados como médias ± SEM de três experiências independentes. Esta figura foi modificado a partir da referência 31. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

In this report the methods to identify and evaluate antiviral compounds based on a mechanistic approach of dissecting the early viral entry events were described. Specifically, the assays allowed us to examine the effect of test compounds on free virus particles, viral attachment, and viral entry/fusion. Critical steps were implemented to distinctly evaluate the drug effect on the specific stage of early viral entry. For instance, in the ‘viral inactivation assay’, the dilution of the virus-drug mixture to sub-therapeutic concentration prevents significant interaction between the test compound and the host cell surface by ‘titrating out’ the drug. This ensures that the inhibitory effect observed on the subsequent infection of the host cell is due to a direct interaction between the test compound and the cell-free virions, rather than an effect from the test compound on host cell membrane or membrane-associated molecules, including viral receptors30. Similarly, the shift in temperature between 4 °C (which allows for virus binding but not entry) and 37 °C (which facilitates virus entry/fusion) in the ‘viral attachment assay’ and ‘viral entry/fusion assay’ are crucial to determine the test compound’s effect on each of these specific events. This is feasible due to the temperature sensitivity of enveloped viruses during these steps in the infection24-29. It is therefore important that the assays are performed at the indicated temperature to ensure the accuracy of the results; for example, by carrying out the experiment on ice to maintain at 4 °C and by placing the sample directly in a 37 °C incubator for the temperature shift. In addition, the use of negative (ex. DMSO solvent for drug preparation) and positive (ex. heparin treatment) controls also help further establish the assays’ accuracy. The utility and applicability of such methods have been demonstrated in many antiviral studies26,30,31,40,41. Note that while heparin is included as a control for all three assays in the context of the representative results, it typically blocks the initial virus binding rather than the ensuing fusion/entry step (as reflected by the data in Figure 2). Additional controls could also be used, such as neutralizing antibodies directed against the virus (for viral inactivation assay), antibodies that mask the cell surface receptors for the virus (for viral attachment assay), and membrane fusion inhibitors (for viral fusion/entry assay).

The assays described in this report, which are specific to the early stages of the viral infection, are useful in terms of application as secondary tests to characterize the mechanism of action of candidate drugs from primary screens which typically target the viral infection more broadly. Alternatively, they could also be incorporated in primary screens if one is specifically looking for inhibitors of early viral entry, including virus inactivating agents, viral attachment antagonists, and inhibitors to viral entry/fusion. In this case, their use allows a more focused and precise screen analysis for the identification of mechanism-specific antiviral candidates, which, in turn, would expedite downstream drug development.

The use of cell-based assays in identifying antiviral agents provides several important advantages compared to biochemical assays, including revealing potential off-target effects (such as cytotoxicity) and adding physiological relevance to the bioactivity of the test agents42. These issues are important considerations for deciding whether a candidate agent is of value for continuation in subsequent phases of drug development. Similarly, the early viral entry-specific assays described in this report allow examination of the drug effect on the distinct viral entry stage at the cellular level, and more specifically in the context of an authentic viral infection in vitro. The results obtained from such assays would therefore help better predict the antiviral efficacy of the test compounds and also identify potentially unwanted off-target effects against the host cell. One potential limitation though, is that an in vitro cell-based assay may not completely reflect the actual in vivo entry step in the context of a natural viral infection. Nonetheless, the assays presented in this protocol do serve as an analytical platform for mechanism-based identification and evaluation of novel antiviral agents.

The development of reporter viruses or reporter cell systems to quantitate the amount of viral infection has greatly facilitated cell-based screening and evaluation of antiviral compounds. Examples include the use of recombinant viruses carrying a reporter gene or by means of recombinant human cell lines containing a reporter gene driven by the specific virus promoter31,43. In this report, the infection from luciferase-tagged HCV can be easily monitored by quantitating the reporter signal, thus facilitating data analysis. By incorporating these useful reporter-based tools, the early viral entry assays described here can essentially be adapted into high-throughput format for mechanism-based screening of small molecule libraries.

In conclusion, a protocol was described for assays dissecting the early viral entry as a means of identifying and evaluating mechanism-specific antiviral compounds. Such assays would be useful for discovering novel antagonists/inhibitors to viral entry and help expand the scope of antiviral agents for development as prophylactic and/or therapeutic treatments.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This study is supported by funding from Taipei Medical University Hospital (102TMU-TMUH-19) and the Ministry of Science and Technology of Taiwan (MOST103-2320-B-038-031-MY3).

Materials

DMEM GIBCO 11995-040
FBS GIBCO 26140-079
Penicillin-Streptomycin GIBCO 15070-063
Amphotericin B GIBCO 15290-018
DMSO Sigma D5879
In vitro toxicology assay kit, XTT-based Sigma TOX2
PBS pH 7.4  GIBCO 10010023
Microplate reader Bio-Tek Instrument, Inc. ELx800 
Microcentrifuge Thermo Scientific 75002420
BioLux Gaussia luciferase assay kit New England Biolabs E3300L   
Luminometer Promega GloMax-20/20
Sodium citrate, dihydrate Sigma 71402
Potassium chloride Sigma P5405
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Key Words:- Viral Entry Assays- Antiviral Compounds- Cell-based Systems- Viral Life Cycle- Viral Entry Stages- Viral Inactivation- Viral Attachment- Viral Entry/fusion- Hepatitis C Virus- Antiviral Assays- Antagonists- Inhibitors- Early Viral Entry- Drug Development

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Tai, C., Li, C., Tai, C., Wang, C., Lin, L. Early Viral Entry Assays for the Identification and Evaluation of Antiviral Compounds. J. Vis. Exp. (104), e53124, doi:10.3791/53124 (2015).
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