Summary

Temporal analys av det kärn-till-Cytoplasmatisk translokationen av en Herpes Simplex Virus 1 Protein av Immunofluorescerande konfokalmikroskopi

Published: November 04, 2018
doi:

Summary

ICP0 genomgår kärn-till-Cytoplasmatisk translokation vid HSV-1 infektion. Den molekylära mekanismen av denna händelse är inte känd. Här beskriver vi användningen av confocal Mikroskop som ett verktyg för att kvantifiera ICP0 rörelse i HSV-1 infektion, som lägger grunden för kvantitativt analysera ICP0 flyttning i framtida mekanistiska studier.

Abstract

Infekterad cell protein 0 (ICP0) av herpes simplex virus 1 (HSV-1) är en omedelbar tidiga protein som innehåller en RING-typ E3 ubiquitin ligase. Den ansvarar för proteasomen degraderingen av värd begränsande faktorer och efterföljande viral genen aktivering. ICP0 innehåller en kanonisk cellkärnelokalisering sekvens (NLS). Det in i kärnan omedelbart efter de novo syntes och exekverar dess anti värd försvar funktioner främst i kärnan. Dock senare i infektion finns ICP0 enbart i cytoplasman, vilket tyder på förekomsten av en kärn-till-Cytoplasmatisk flyttning under HSV-1 infektion. Förmodligen kan ICP0 flyttning ICP0 att modulera dess funktioner enligt dess subcellulär platser på olika infektion faser. För att avgränsa den biologiska funktionen och reglerande mekanism av ICP0 kärn-till-Cytoplasmatisk translokation, modifierade vi en Immunofluorescerande mikroskopi metod för att övervaka ICP0 människohandel under HSV-1 infektion. Detta protokoll innebär Immunofluorescerande färgning, confocal Mikroskop imaging, och kärn vs. cytoplasmisk fördelning analys. Målet med detta protokoll är att anpassa steady-state confocal bilder tagna i en dags kurs i en kvantitativ dokumentation av ICP0 rörelse i hela lytisk infektionen. Vi föreslår att denna metod kan generaliseras för att kvantitativt analysera nukleära vs. cytoplasmiska lokalisering av andra virus eller cellulära proteiner utan att involvera levande bildteknik.

Introduction

Herpes simplex virus 1 (HSV-1) orsakar ett brett utbud av mild till svår postherpetisk sjukdomar inklusive herpes labialis, genital herpes, stromal keratit och encefalit. När smittade, upprättar viruset ett livslångt latent infektion i ganglier nervceller. Ibland kan viruset reaktiveras av olika skäl såsom feber, stress och immunsystemet1, leder till återkommande herpesinfektion. Infekterad cell protein 0 (ICP0) är en nyckel viral regulator som är avgörande för både lytisk och latent HSV-1 infektion. Det transactivates nedströms virus gener via motverka den värd inneboende/medfödda antivirala försvar2,3. ICP0 har en E3 ubiquitin ligase verksamhet, som riktar sig till flera cell faktorer för proteasom-beroende nedbrytning3. Det samverkar också med olika cell vägar att reglera deras verksamhet och därefter att kompensera värd antivirala begränsningar3. ICP0 är känd för att hitta på olika subcellulär fack som infektionen fortsätter3,4,5. Proteinet har lysin/arginin-rika cellkärnelokalisering signal (NLS) ligger på rester 500 till 5066. Vid de novo syntes på tidiga HSV-1 infektion importeras ICP0 omedelbart in i cellkärnan. Det upptäcks först vid en dynamisk nukleära struktur kallas kärnkraftsområdet 10 (ND10)7. E3 ubiquitin ligase aktiviteten av ICP0 utlöser nedbrytningen av ND10 arrangör proteiner, promyeloisk leukemi (PML) protein och spräckliga protein 100 kDa (Sp100)8,9,10. Efter förlusten av arrangör proteiner, ND10 kärn organ är spridda och ICP0 sprids för att fylla hela kärnan4,11.

Intressant, efter uppkomsten av virala DNA-replikation försvinner ICP0 från kärnan. Det finns enbart i cytoplasman, vilket tyder på förekomsten av en kärn-till-Cytoplasmatisk flyttning sent i HSV-1 infektion4,12. Kravet på den DNA-replikationen innebär potentiella deltagande en sena viral proteinernas att underlätta den cytoplasmiska flyttning av HSV-1 ICP04,12. Tydligen ICP0 människohandel bland olika fack under infektion ger ICP0 att modulera dess interaktioner till olika cellulära vägar i en spatial-temporal mode, och därför samordna dess flera funktioner till fina finjustera balansen mellan lytisk och latent HSV-1 infektion13. För att bättre förstå ICP0 multifunktionalitet och samordning av ICP0 funktionella domäner i hela lytisk infektionen, dissekerade vi noggrant den molekylära basen för den dynamiska ICP0 flyttning12. För att genomföra den mekanistiska studier tidigare rapporterade12, har vi tillämpat en Immunofluorescerande färgningsmetod för att visualisera ICP0 subcellulär lokalisering på olika infektionsstatus confocal Mikroskop. Vi har också utvecklat ett kvantitativa protokoll för att analysera nukleära vs. cytoplasmiska fördelningen av ICP0 med hjälp av confocal programvara. Befolkningen av HSV-1-infekterade celler var i tabellform i hela infektion faser och utvecklingen av ICP0 rörelse analyserades, enligt olika biokemiska behandlingar12. Här beskriver vi de detaljerade protokollet som dokument ICP0 flyttning i HSV-1 infektion. Vi föreslår att denna metod kan antas som en generell metod att studera det nukleära vs. cytoplasmiska translokationen för andra virus eller cellulära proteiner, som kan fungera som ett alternativ till levande imaging när den levande bildteknik är tillämplig på grund problem såsom märkning metoden, signalintensitet eller protein överflöd.

Protocol

1. cell sådd och virusinfektion Vid 20 – 24 h innan virusinfektion, utsäde 5 x 104 av mänskliga embryon lung (HEL) fibroblast celler eller andra celler undersökas på en 4-väl 11 mm vacklade bild i odlingsmedium (Dulbeccos modifierade Eagle Medium (DMEM) kompletteras med 10% fostrets nötkreatur serum (FBS)). Inkubera cellerna vid 37 ° C med 5% koldioxid (CO2).Obs: Varje väl bör ha 70-80% cell konfluens vid tidpunkten för infektion. På nästa dag, ta bort odlingsm…

Representative Results

För att förstå de molekylära och biologiska funktioner för ICP0 människohandel under HSV-1 infektion, använder vi en Immunofluorescerande mikroskopi metod för att analysera ICP0 subcellulär fördelning på olika infektion faser. Figur 1 visar representativa cellerna med distinkta ICP0 lokalisering som infektion fortskrider. För att kvantifiera den kärn-till-Cytoplasmatisk flyttning av ICP0, analyserar vi ICP0 fördelning i förhållande till kärna…

Discussion

Detta protokoll har använts för att studera på kärn-till-Cytoplasmatisk flyttning av HSV-1 ICP0. ICP0 genomgår subcellulär människohandel under HSV-1 infektion (figur 1). Troligt, ICP0 interagerar med olika cell vägar att utföra olika uppgifter på olika platser. Detta gör ICP0 att finjustera sina flera funktioner i dragkampen med mänsklig värd13. Men studerats hur ICP0 samordnar flera funktioner i en spatial-temporal sätt väl. Med fluorescerande mikrosk…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi tackar finansiellt stöd från en NIH grant (RO1AI118992) tilldelas Haidong Gu. Vi tackar mikroskopi, bildbehandling och flödescytometri resurser (MICR) Core anläggningen vid Wayne State University för teknisk support.

Materials

Cells and viruses
Human Embryonic Lung fibroblasts (HEL Cells) Dr. Thomas E. Shenk (Princeton University) HEL cells were grown in DMEM supplemented with 10% FBS
HSV-1 viral Stock (Strain F) Dr. Bernard Roizman Lab
Medium
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) Invitrogen  11965-092
Fetal Bovine Serum (FBS) Sigma F0926-500ml
Medium-199 (10X) Gibco 11825-015
Reagents
4- well 11 mm staggered slide Cel-Line/Thermofisher Scientific  30-149H-BLACK
16% Paraformaldehyde solution(w/v) Methanol free Thermo Scientific 28908
Triton X-100 Fisher reagents BP151-1C0
Bovine Serum Abumin (BSA) Calbiochem CAS 9048-46-8
Horse Serum Sigma H1270
Phosphate Buffered Saline (PBS) (137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, pH7.4) Dr. Haidong Gu lab
NaCl       Fisher Bioreagent BP358-212
KH2PO4             Fisher Bioreagent BP362-500
KCl              Fisher Scientific  BP366-500
Na2HPO4              Fisher Bioreagent BP332-500
Blocking buffer (PBS with 1% BSA and 5% Horse serum ) Dr. Haidong Gu lab
Rabiit Anti-ICP0 antibody Dr. Haidong Gu lab
PML (PG-M3)-Mouse monoclonal IgG santa Cruz Biotechnology SC-966
Alexa Fluor 594-goat anti-rabbit IgG invitrogen A11012
Alexa Fluor 488-goat anti-mouse IgG invitrogen A11001
Vectashield Mouting medium with DAPI Vector laboratories H-1200
Pasteur pipette Fisher Brand 13-678-20D
Nail Polish Sally Hansen
Equipment
Confocal Microscope Leica SP8
Confocal Software Leica LAS X Application suite
Excel software Microsoft Excel
HERAcell 150i CO2 incubator Thermo Scientific Order code 51026282

References

  1. Whitley, R., Kimberlin, D. W., Prober, C. G., Arvin, A. Pathogenesis and disease. Human Herpesviruses: Biology, Therapy, and Immunoprophylaxis. , (2007).
  2. Roizman, B., Knipe, D. M., Whitley, R. J., Knipe, D. M., et al. Herpes simplex viruses. Fields’ Virology. , 1823-1897 (2013).
  3. Gu, H. Infected cell protein 0 functional domains and their coordination in herpes simplex virus replication. World Journal of Virology. 5 (1), 1-13 (2016).
  4. Lopez, P., Van Sant, C., Roizman, B. Requirements for the nuclear-cytoplasmic translocation of infected-cell protein 0 of herpes simplex virus 1. Journal of Virology. 75 (8), 3832-3840 (2001).
  5. Kawaguchi, Y., Van Sant, C., Roizman, B. Herpes simplex virus 1 alpha regulatory protein ICP0 interacts with and stabilizes the cell cycle regulator cyclin D3. Journal of Virology. 71 (10), 7328-7336 (1997).
  6. Mullen, M. A., Ciufo, D. M., Hayward, G. S. Mapping of intracellular localization domains and evidence for colocalization interactions between the IE110 and IE175 nuclear transactivator proteins of herpes simplex virus. Journal of Virology. 68 (5), 3250-3266 (1994).
  7. Maul, G. G., Everett, R. D. The nuclear location of PML, a cellular member of the C3HC4 zinc-binding domain protein family, is rearranged during herpes simplex virus infection by the C3HC4 viral protein ICP0. Journal of General Virology. 75 (6), 1223-1233 (1994).
  8. Chelbi-Alix, M. K., de The, H. Herpes virus induced proteasome-dependent degradation of the nuclear bodies-associated PML and Sp100 proteins. Oncogene. 18 (4), 935-941 (1999).
  9. Zheng, Y., Samrat, S. K., Gu, H. A Tale of Two PMLs: Elements Regulating a Differential Substrate Recognition by the ICP0 E3 Ubiquitin Ligase of Herpes Simplex Virus 1. Journal of Virology. 90 (23), 10875-10885 (2016).
  10. Lanfranca, M. P., Mostafa, H. H., Davido, D. J. HSV-1 ICP0: An E3 Ubiquitin Ligase That Counteracts Host Intrinsic and Innate Immunity. Cells. 3 (2), 438-454 (2014).
  11. Zheng, Y., Gu, H. Identification of three redundant segments responsible for herpes simplex virus 1 ICP0 to fuse with ND10 nuclear bodies. Journal of Virology. 89 (8), 4214-4226 (2015).
  12. Samrat, S. K., Ha, B. L., Zheng, Y., Gu, H. Characterization of Elements Regulating the Nuclear-to-Cytoplasmic Translocation of ICP0 in Late Herpes Simplex Virus 1 Infection. Journal of Virology. 92 (2), e01673-e01617 (2018).
  13. Gu, H. What role does cytoplasmic ICP0 play in HSV-1 infection?. Future Virology. 13 (6), (2018).
  14. Ettinger, A., Wittmann, T. Fluorescence live cell imaging. Methods Cell Biology. 123, 77-94 (2014).
  15. Frigault, M. M., Lacoste, J., Swift, J. L., Brown, C. M. Live-cell microscopy – tips and tools. Journal of Cell Science. 122 (6), 753-767 (2009).
  16. Chudakov, D. M., Lukyanov, S., Lukyanov, K. A. Fluorescent proteins as a toolkit for in vivo imaging. Trends in Biotechnology. 23 (12), 605-613 (2005).
  17. Teng, K. W., et al. Labeling proteins inside living cells using external fluorophores for microscopy. Elife. 5, e20378 (2016).
  18. Stephens, D. J., Allan, V. J. Light microscopy techniques for live cell imaging. Science. 300 (5616), 82-86 (2003).
check_url/cn/58504?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Samrat, S. K., Gu, H. Temporal Analysis of the Nuclear-to-cytoplasmic Translocation of a Herpes Simplex Virus 1 Protein by Immunofluorescent Confocal Microscopy. J. Vis. Exp. (141), e58504, doi:10.3791/58504 (2018).

View Video