נתאר כאן במבחנה הדור של HBV DNA באמצעות מערכת זיהום וירוס הפטיטיס B, זיהוי רגישה מאוד שלה אינטגרציה (1-2 עותקים) באמצעות ההופכי מקונן PCR.
וירוס הפטיטיס B (HBV) הוא נישא בדם הפתוגן השכיח גרימת סרטן כבד, שחמת הכבד הנובע דלקת כרונית. הנגיף משכפל בדרך כלל דרך DNA episomal ביניים; עם זאת, שילוב של קטעים HBV DNA הגנום מארח נצפתה, אף-על-פי טופס זה אינו נחוץ לצורך שכפול ויראלי. מטרתו המדויקת, תזמון, mechanism(s) על ידי איזה HBV DNA מתרחש שילוב הוא עדיין לא ברורה, אבל לאחרונה נתונים להראות כי זה מתרחשת בשלב מוקדם מאוד לאחר ההדבקה. . הנה, הדור במבחנה וזיהוי של HBV DNA שילובי מתוארים בפירוט. פרוטוקול שלנו במיוחד מגביר עותקים בודדים של תאים וירוס DNA שילובי והיא מאפשרת כימות מוחלט וגם זוג יחיד-בסיסים ברזולוציה של הרצף צומת. טכניקה זו הוחלה על סוגי תאים שונים HBV, רגישים (כולל ראשי hepatocytes אנושי), המוטנטים HBV שונים, בשילוב עם חשיפות סמים שונים. ? למה אתה מתכוון. אנחנו חוזה טכניקה זו הופכת וזמינותו מפתח כדי לקבוע את המנגנונים המולקולריים שבבסיס של תופעה זו הרלוונטית קלינית.
HBV הוא וירוס DNA גדילי כפול שיכולים לגרום זיהום כרוני חיים ארוך, המוביל שחמת הכבד hepatocellular קרצינומה (HCC)1,2,3. בעוד ישנם מספר המנגנונים המולקולריים נהיגה HBV התמדה4 (למשל, ביציבות גבוהה של התבנית תעתיק ויראלי epigenetic), התחמקות של מעקב המערכת החיסונית, תחלופה נמוכה של hepatocytes בכבד ו המשויך הסיכון של HCC חניכה5,6 (למשל, דלקת כרונית, ההפעלה של הסלולרי להדגיש מסלולים), שילוב HBV DNA הגנום של התא המארח (מנגנון דיווח עבור שתי התופעות הללו) לקוי נחקרה . הסיבה הראשית היא חוסר מתאימים במבחנה זיהום מערכות HBV המאפשרים זיהוי אמין של אירועי שילוב. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול שפותח לאחרונה גם במבחנה הדור וגם גילוי של שילובי HBV DNA זה יכול לשמש כדי להבהיר את המנגנונים המולקולריים שבבסיס והשלכות הימנו.
היווצרות של HBV DNA אינטגרציה ושכפול של HBV נצפה בעבר בפרטים7. בקצרה, HBV נכנס hepatocytes שימוש פפטיד Co-transporting של נתרן Taurocholate (NTCP) הקולטן הסלולר העיקרי עבור זיהום8,9. Nucleocapsids HBV המכיל (rcDNA) רגוע-HBV DNA מעגלי הגנום נכנס לגרעין, איפה rcDNA מומר DNA מעגלי סגור covalently episomal (cccDNA). CccDNA גרעיני משמש תבנית תעתיק של נגיפי mRNAs ל- RNA (pgRNA) מראש גנומית10. פולימראז HBV ו pgRNA ארוזים ואז לתוך nucleocapsids החדשה (מורכבת הדימרים חלבון הליבה HBV). HBV pgRNA היא הפוכה-עיבד בתוך nucleocapsid, וכתוצאה מכך גם על הגנום rcDNA או כפול גדילי לינארי דנ א (dslDNA) הגנום11,12. אלה nucleocapsids בוגר המכיל HBV DNA הגנום סוף סוף אפוף, ייצוא virions.
זיהום של hepatocytes על ידי מעטפת חלקיקים המכילים מולקולות dslDNA יכול לגרום ויראלי השתלבותם המארח תא הגנום13, מוביל לטפסים פסול השכפול של HBV DNA7,14,15. שילוב HBV DNA מתרחשת באתר של כרומוזומלית כפול גדילי DNA מעברי15. צבירת הראיות עולה כי כל אירוע אינטגרציה מתרחשת במצב בעיקרו של דבר אקראי בתוך16,17הגנום בתא המארח. בנוסף, שילוב HBV DNA מתרחשת מעט לעיתים רחוקות, בקצב של 1 לכל 104 תאים13,18,19,20. שאלות חשובות בנוגע לשילוב HBV DNA נותרו ללא מענה, במיוחד לגבי המדויק מסלולים מולקולריים המעורבים, התלות ויראלי וגורמים המארח, אנטיגנים ויראלי הביע טפסים משולב, ואת תרומתם אפשרי התמדה ויראלי7. הקמנו מודל במבחנה לשפוך אור על חלק מהשאלות האלה.
בנגישות של HBV DNA שילוב אירועים (הן לגבי קצב אינטגרציה בכל תא, למספר עותק של כל שילוב ייחודי) במבחנה HBV זיהום מודלים להפוך אותם מאתגר כדי לזהות. תא מיטוזה מוגבל במערכת שלנו במבחנה , כמו החלוקה תאים שלא תומכים זיהום יעיל. לפיכך, בניגוד ברקמות הכבד החולה שבו משובט הרחבה משמעותית של hepatocytes מתרחשת18,19,20, מאוד (1-2) עותקים של כל שילוב נוכחים בבריכה מסוים של תאים נגועים במבחנה . מצאנו גם כי שילוב מתרחשת בעיקר במהלך זיהום ראשוני של hepatocytes (וגם לא ברציפות ב נגועה באופן כרוני hepatocytes)13. בהתאם לכך, שילוב HBV DNA לא יכול להיות מוגברת על ידי פשוט culturing תאים לתקופה ארוכה יותר.
באופן כללי, שיטות השתמשת קודם לכן כדי לזהות משולב HBV DNA, כולל דרום כתם הכלאה21,22,23,24,25, Alu-PCR26,27 , בתיווך קלטת מצדו PCR28, הגנום כל רצף29,30,31,32,33, אין לי את הרגישות לזהות יחיד-עותקים של שילובים. ואנו חוקרים אחרים השתמשו ההופכי מקונן PCR (invPCR) לאתר האינטגרציה דנ א hepadnaviral ברווז וודצ’אק, כבדי אדם נגוע13,14,18,19, 35, 34,36. אחרים הציגו פרוצדורלי שינויים הטכניקה invPCR עשוי לשנות את הדור של אותות חיובי-false, להגביל את היכולת של כימות37. אם וזמינותו מתבצעת כפי שמתואר פרוטוקול זה, invPCR מייצג assay בדיקה רגישה וספציפית מזהה, מכמת (במספרים העתקה מוחלטת) שילובים HBV DNA מרובים. צומת תאים HBV DNA הוא רציף ברזולוציה זוג יחיד-בסיסים, ומאפשר bioinformatical מחקרים של נגיפי, מארח ה-DNA רצף באתרים של אינטגרציה13.
בעבר תארנו38 תוצאות של invPCR על רקמה נגועה הדנ א של HBV מופק מגוון רחב של מקורות, כולל מוקפאים snap רקמות הכבד, פרפין-מוטבע מקטעים הכבד של דגימות רקמה קטן מאוד מבודד על ידי לייזר-microdissection19. פרוטוקול זה מתאר גרסה מעודכנת של וזמינותו invPCR באמצעות DNA מופק רקמות נגזר התרבות תאים לאחר במבחנה זיהום, שבו נוצרות עותק נמוך מספרים של שילובי (1-2 עותקים לכל שילוב). ה HBV DNA שילובים יצרו במבחנה דומים לאלה שנמצאו רקמות החולה לגבי פריסתם על הגנום הסלולר ועל צומת בתוך הרצף ויראלי זה משולב13,16, רומז מסלול דומה כדי בתוך הכבד נגוע.
לפני ביצוע הפרוטוקול, חשוב לציין כי זו assay invPCR היא טכניקה רגישה מאוד, מסוגל הגברה עותקים בודדים של תבנית ה-DNA. לכן, הגבלת הזיהום ממוצרים PCR הוא בעל חשיבות עליונה. אסטרטגיות כלליות להגבלת PCR המוצר זיהום כוללים את הבאים. (i) ליצור אזורים נפרדים עבור שלבים שונים של השיטה. כל אזור צריך חלוקי מעבדה נפרדים, ולכן צריך להיות שונה כפפות בעת העברת בין האזורים השונים. יש לנו המפורטים באזורים אלה להלן לפי סדר מהספציפי ביותר לפחות סביר מזוהם: PCR המוצר החילוץ ורצף התגובה הגדרת אזור (post-PCR); הוספת תבנית ה-PCR פינים האדימו העברת השטח (השתמשנו מיגון PCR עם מנורת UV decontaminating עם תוצאות טובות); הפקת דנ א ואזור היפוך (pre-PCR); ואזור “ללא תבנית ה-DNA” אך ורק לצורך הכנת מלאי ופתרונות ה-PCR. (ii) יהיה מודע זרימת אוויר במעבדה כנהג פוטנציאלי של זיהום צולב. בפרט, זיהום צולב של תגובות PCR במהלך השלב העברה pin האדימו קרוב לוודאי שתתרחש יהיה להוביל כימות לא מדויק של אינטגרציה תדר. וקולטי PCR יכול לשמש כדי להגביל את הצלב-זרמים אלה. וולס בקרה שלילית (למשל, דגימות שטופלו Myrcludex B או פקדים אין תבנית) ב- PCR יכול לשמש גם כדי לבדוק את זיהום צולב. (iii) להגביל מזהמים פוטנציאליים PCR על פיפטות, משטחי עבודה על-ידי בקביעות מנגב אותם עם פתרון ה-DNA השפלה.
הפרוטוקול שמצוין כאן מסודר כדי לזהות שילוב של שיבוט HBV זיהומיות ידוע המופקים HepAD38 תא קו42. אם inoculum בשימוש של רצף HBV DNA שונה (למשל, מסרום החולה), ואז הגנום HBV צריך להיות קודם רציף כדי לאשר את תאימות של ה-PCR תחל ועיצוב היפוך. מחקרים שפורסמו בעבר19, השתמשנו 3 קבוצות של תחל לאגד שנשמרת רצפי HBV DNA איגוף האתר הצפוי של HBV DNA צמתים אינטגרציה. אחרים פריימר רצפי פרוטוקולים תוארו כדי לקבוע את רצף גנומית של HBV44,45,46,47,48 , יפעלו בהצלחה.
יתר על כן, ניתן להשתמש תאים רגישים HBV שונים (למשל, hepatocytes אנושי ראשוני, הבדיל HepaRG, HepG2-NTCP תאים); עם זאת, מצאנו כי תאים Huh7-NTCP מספקים את יחס אות לרעש הגדול ביותר, כאשר בוחנים את מספר תאים וירוס DNA צמתים זה הם מוגבר לעומת הדי ביניים וירוס זה מוגבר13. בפרט, תאים סופני הבדיל כגון ראשי hepatocytes אנושי או HepaRG הבדיל אינם ביעילות עוברים מיטוזה, והתוצאה היא רמה גבוהה של amplifiable HBV DNA replicative intermediates שנותרו בתוך התאים. מצאנו כי ~ 90% של רצפי מוגבר מייצגים HBV DNA rearrangements (וגם לא שילוב אירועים) בתאי סופני הבדיל, לעומת 70 – 50% הפטומה היא תא קווים13. מוצרים אלה הם בדרך כלל הגנום HBV DNA המכיל מחיקות גדולות משטח ו core פתח קריאת מסגרות, או שהן יכולות לייצג HBV מינים החריגה עם נוספים המפקדיםאני באתר לפני Sphאני באתר. ההגברה של המינים הללו HBV (כולל תרשים סכימטי) תוארו ב פירוט בעבר13.
ישנן כמה חסרונות לשיטה זו. בשל אופיו מפרך, הנמשך של פרוטוקול זה, invPCR אינה מתאימה לקצב תפוקה גבוהה ניתוחים של מספר רב של דוגמאות. יתר על כן, כפי זה מסתמך על הגבלת דילול טיטור, השיטה שלנו אינה מדויקת מאוד של כימות; למרות זאת, זה צריך בקלות למדוד שינויים ברמת יומן שתדירותם אינטגרציה.
יתר על כן, הפרוטוקול היפוך שלנו מתאים רק לזהות שילובים בין האזור DR2, DR1 של הגנום HBV, כמו הרוב המכריע של HBV שילובים להתרחש בתוך אזור זה49. ניתוח המיתרים של רקמות החולה HBV הראו מיעוט גדול (עד ~ 50%) עלול להתרחש גם מחוץ לאזור זה49. עיצובים חדשים invPCR הם תיאורטית מסוגל לזהות אלה אתרים אחרים אינטגרציה, אבל הם לא (לידע שלנו) היו ביצעו עדיין. . Relatedly, עקב האתרים נחוץ אנזים הגבלה נדרש במורד הזרם מהרצף בצומת תאי וירוס עבור התגובה היפוך, invPCR אינו מזהה את כל שילובי המתרחשים בתוך האזורים DR2, DR1 של הגנום HBV (קרי, אנחנו משוער כי ~ 10% של כל שילובי הם לזיהוי באמצעות סיליקו סימולציות13). עם זאת, כאשר חל על מנה מרוכזת של דגימות עם מספר קטן של טיפולים שונים, invPCR הוא באחת השיטות המעשית היחידה לגילוי משולב HBV DNA ברזולוציה בסיס-זוג יחיד.
לכן נוכל לדמות יישומים של שיטה זו המגישה תפקיד מפתח במציאת ויראלי (באמצעות מוטציות של inoculum HBV), סלולרי (באמצעות הסתרה או ביטוי של גנים ספציפיים הסלולר או באמצעות יישום של סמים שונים), סביבתיים ( למשל, חשיפה סטרס חמצוני) גורמים זירוז האינטגרציה HBV DNA. זו שיטה, פיתח מערכות זיהום HBV, אנו מאפשרים שליטה חסרת תקדים של גורמים אלה, כך הם יכולים להיות מבודדים טוב יותר מאופיין היטב. אנו מצפים כי זה יוביל להבנה מפתח של ההשלכות הסלולר של HBV DNA אינטגרציה, ובכלל זה מה מידת אנטיגנים ויראלי (למשל, HBx או HBsAg50) מבוטאים מהטופס משולב, מה ששולט בביטוי זה, אם לאו HBV אינטגרציה משתנה באופן משמעותי על פנוטיפ הסלולר כלפי מדינה יותר pro-oncogenic התוצאות של מחקרים עתידיים אלו תהיה השפעה עמוקה על האסטרטגיות הטיפוליות המשמשות לטיפול הפטיטיס B כרונית ועל ההבנה הבסיסית של הנגיף עצמו.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו קיבלה מימון מהמרכז גרמנית זיהום מחקר (DZIF), TTU הפטיטיס פרויקטים 5.807 של 5.704, TRR179 דויטשה פתוח (DFG) (TP 15), והמרכז האוסטרלי HIV ומחקר וירולוגיה הפטיטיס.
. אנחנו חבים פרופסור ויליאם מייסון על חלקו בפיתוח השיטה invPCR המקורי של הוכחת את זה אלינו. ברצוננו להודות ד”ר יי ני, פלוריאן Lempp א. ריאגנטים (שורות תאים ו HBV inoculum). אנו להכיר אניה Rippert, פרנציסקה Schlund, שרה Engelhardt, ד ר קתרין Schöneweis לקבלת סיוע טכני. אנחנו אסירי תודה מרים Kleinig עבור הגהה, פרופסורים ניקולס Shackel, ראלף Bartenschlager עבור תמיכה שוטפת
Dulbecco’s PBS | PAA | H15-002 | |
DMEM medium | Thermo Fisher Scientific | 41965 | |
Fetal bovine serum | PAA | A15-151 | Heat-inactivate before use |
Penicillin, 10000U/ml; Streptomycin 10mg/ml, 100× | PAA | P11-010 | |
L-glutamine, 200mM | PAA | M11-004 | |
Trypsin, 0.5 mg/ml; EDTA, 0.22mg/ml, 1× | PAA | L11-004 | |
PEG, MW 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | Stock at 40% w/v in 1xPBS, autoclave before use |
DMSO for spectroscopy | Merck | 102950 | |
Tenofovir disoproxil | Sigma-Aldrich | CDS021622 | Dissolve in DMSO |
Lamivudine | Sigma-Aldrich | L1295 | Dissolve in DMSO |
NucleoSpin Tissue kit | Macherey Nagel | 740952.250 | |
NanoDrop 2000/2000c Spectrolphotometer | Thermo Fisher Scientific | ND-2000 | |
NcoI-HF | NEB | R3193L | |
T4 DNA ligase | NEB | M0202T | |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | L3771 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | 433209 | |
Dextran (35 -45 kDa) | Sigma-Aldrich | D1662-10G | |
Absolute Ethanol | Sigma-Aldrich | 32205-1L-D | |
BsiHKAI | NEB | R0570L | |
SphI-HF | NEB | R3182L | |
Amplitaq Gold Taq kit | Thermo Fisher Scientific | 4331816 | Use for first nest PCR |
Silicon sealing Mats for 96-Well PCR Plates | Biorad | 2239442 | |
DNAZap PCR DNA Degradation Solution | Thermo Fisher Scientific | AM9890 | |
96-well PCR plates | Sigma Aldrich | CLS6509 SIGMA | |
96-pin replicator | Thermo Fisher Scientific | 250520 | |
GoTaq Flexi PCR kit | Promega | M8295 | Use for second nest PCR, use green buffer for easy loading of agarose gel |
Biozym LE Agarose | Biozym | 840004 | |
QIAEX II Gel extraction kit | QIAGEN | 20051 |