一過性の支配的選択の方法を使用して蛍光タグ付きタンパク質を同時に発現する組換えワクシニアウイルスの生成のための迅速かつモジュール的なプロトコルがここに記載されている。
ウイルスタンパク質に蛍光タンパク質をタグ付けすることは、ウイルスと宿主の相互作用に関する理解を深める上で不可欠なアプローチであることが証明されています。天然痘の根絶に用いられる生ワクチンであるワクシニアウイルス(VACV)は、その大きなビリオンサイズとゲノムレベルでの操作が容易なため、蛍光生細胞顕微鏡に特に適度である。我々は、組換えウイルスを生成するための最適化されたプロトコルをここに報告する。ワクシニア複製時の標的相同組換えの最小要件を決定し、構築物生成の簡素化を可能にした。これにより、蛍光レポーターと代謝選択との一過性支配的選択(TDS)のアライアンスが可能になり、蛍光的に標識されたウイルスタンパク質に対する迅速かつモジュール的なアプローチが可能になりました。蛍光組換えウイルスの生成を合理化することにより、ウイルス複製中に発生するウイルス・宿主相互作用の多くの側面の高度なイメージング解析などの下流アプリケーションを容易にすることができる。
ワクシニアウイルス(VACV)は原型ポックスウイルスであり、天然痘の原因物質であるバリオラウイルスとの関連性が高い。これらのウイルスはいずれも、サルモンポックスやエクトロメリアウイルス(マウスポックス)1などの他の注目すべき病原体を含む正射体属のメンバーである。オルソポックスウイルスは、200以上の予測オープンリーディングフレーム2,3をコードする大きな二本鎖DNAゲノム(180〜220kb)を有する。これらのウイルスの複製は、成熟したウイルス(MV)がなされる核周辺ウイルス工場の形成と、MVのサブセットがラップされたウイルス(WV)を生成するために2つの追加膜を獲得するトランスゴルジネットワーク(ロバーツとスミス4によってレビューされた)を含む。オルソポックスゲノムは、VACVゲノム複製の特徴である遺伝子組換えの高度に起因する遺伝子操作に対して非常に適しており、ウイルスDNAポリメラーゼ5によって媒介される。組換えウイルスの生成は、ホマロジーが12bp以下の相似性の相似組換えおよび線形DNA分子に依存し、ワクシニアウイルス感染細胞6の再結合を媒介するのに十分である。ワクシニアウイルスの蛍光標識は、オルソポックス粒子の大きなサイズのために非常に明るいウイルス粒子を生じることができ、これはビリオン7あたり多くの蛍光タンパク質の組み込みを可能にする。ワクシニアは、外来DNA8の大きな断片を運ぶ能力を有し、さらに、硬質キャプシド対称性の欠如は、それらの内因性遺伝子9からウイルスタンパク質遺伝子融合を発現する際の柔軟性の程度を可能にし得る。VACVタンパク質の蛍光タグ付けは、細胞内レベルでの宿主と病原体相互作用の研究に非常に有用であることが証明されており、特にウイルス侵入10の分野において、輸送11〜13、および形態形成、特に包まれたビリオン7の。
組換えウイルスは、減衰成長表現型14,15、代謝選択16-18、またはマーカー遺伝子の発現(例えばX-gal19または蛍光タンパク質13,20)の救助によって選択することができる。ここでは、蛍光性と代謝性の選択の強力な組み合わせを用いた蛍光ウイルスの選択について説明する。フォークナーとモス(1990)21によって開発された過渡的な支配的選択(TDS)ベクターは、目的の望ましい蛍光タグ付き遺伝子と一緒にマーカーを統合することを可能にする。代謝選択が除去されると、選択遺伝子を切除する二次的な組換え事象が起こり得るが、蛍光タグ付きウイルスタンパク質はそのまま残る。下図2は、実験手順の概要を示す。本研究で利用される選択遺伝子は、mCherryおよび大腸菌グアニンホスホリルトランスビセラーゼ(gpt)遺伝子であり、いずれも合成早期/後期ウイルスプロモーターから発現し、Cordeiroららが以前に使用した。22加えて、対象とするタグ付き融合タンパク質の蛍光がある。代謝選択が除去されると、選択可能なマーカー(mCherryおよびgpt)が切除され、タグ付き遺伝子の蛍光のみが残り、正しい組換えウイルスの同定が可能になる。選択マーカーの切除は、複数の蛍光タグを組み合わせる可能性を提供し、複数のウイルスタンパク質を同時に蛍光標識する能力を持つウイルスを作成することを可能にします。これまでの研究では、ワクシニアウイルス感染細胞にトランスフェクトされた直線的および円形DNA分子のワクシニア再結合に関する最小限の相同性要件を決定した。我々は、ワクシニアウイルスゲノムへの組み込みを通じて、gpt-mCherry TDSベクターにおける横向きの腕の様々な相同性の長さの再結合効率を決定したかった。TDSベクター中の100bpの相同領域は、相同組換えによって組換えDNAをVACVゲノムに標的化し、媒介するのに十分であると判断した(図4)。より小さな相同性の長さはまた、組み換えを可能にするが、100 bp相同性の長さは、代謝および蛍光選択で容易に識別できる十分な組換えウイルスを提供した。このサイズのDNA断片は、比較的低コストで商業的に合成することができ、組換えウイルスの作成のための複数のベクターの産生を大いに促進する。我々は、隣接する領域のオリゴヌクレオチド配列の合成のコストを抑えながら、より大きな再結合頻度を提供するために、相同性の長さを150 bpに増やすことを選んだ。
この技術は、蛍光タグ付きウイルスタンパク質を発現する組換えウイルスを作成するための効率的かつモジュール的なプロトコルを記述する。この方法は、ウイルスゲノムへの唯一の変化がタグまたはマーカーの追加であることを保証し、選択マーカーを残さない。相同組換えに必要な短い腕の長さは、その直接合成を可能にし、数回の時間のかかるPCRとクローニングを排除し、mCherryおよび代謝GPT選択の蛍光を使用してウイルス組換え中間体を分離します。これらの中間体は、選択の除去に続いて、タグ付き遺伝子を有するウイルスに対して、または親のタイプに戻って解決することができる。蛍光性と代謝選択の両方の使用を含む同様の方法は、以前に説明された27 の、この研究で使用される方法は、相同性の短い、合成された領域を利用し、目的のタグ付き遺伝子の蛍光を画像化することによって所望の組換えウイルスの同定を可能にする。この二次選択は、プラークアッセイで十分な蛍光を生成する高発現ウイルス遺伝子のタグ付けにのみ適用可能である。あるいは、強力なウイルスプロモーターの下での蛍光タンパク質など、完全発現カセットの挿入を想定することができる。この場合、左右の腕は、タグ付けされるウイルス遺伝子ではなく、挿入点を定義するであろう。
実験手順の間に役立ついくつかの重要なステップがあります。上記のステップ2.3.3の液体オーバーレイは、赤/緑色蛍光プラークの検出と分離にとって極めて重要であることが判明した。GPT選択試薬とアガロースオーバーレイの組み合わせは、組換えウイルスの増殖を抑止し、トランスフェクション後のウイルスを増幅する第一歩のために液体オーバーレイに切り替えたと考えています。また、濃縮および精製のために局所的なタグ色蛍光を示す蛍光プラークを選ぶことも重要であり、左腕の組換えから生じる中間体は、左腕にもプロモーター配列が含まれている場合にプラークに観察される拡散蛍光をもたらす可能性があるためである。TDSベクター中のmCherryマーカー遺伝子は、例えば蛍光タグとしてmCherryを容易に取り込み、選択できるようにするためにgfpに置き換えてもよい。
上記のいくつかの技術は、組換えワクシニアウイルスを作成する確立された方法からわずかに異なります.例えば、組換え剤を作るために用いられるウイルスのMOIは通常128未満であるが、この方法によって組換え性ワクシニアウイルスを作り出すためには、より高いMOIの使用が十分であった。GPT選択試薬の使用は通常、選択試薬18を用いて細胞の前入れを必要とするが、救助段階の感染後に細胞を加えることは、特に蛍光選択マーカーの存在のために、依然として所望の組換え物の十分な選択を提供した。
前述のように、この技術の限界の1つは、二次蛍光選択ステップが、関心のあるタグ付きタンパク質が高発現されていることに依存し、プラークアッセイにおいて目で検出できるレベルにある点である。これがなければ 、mCherry 蛍光のみを示すウイルスを精製することができ、そのうち少なくとも50%は所望の組換えウイルスを含み、上記のステップ2.12で説明したPCRのような分子戦略によって同定することができる。別の制限は、タグ付けの結果として特定のタンパク質の不活性化である可能性があります。.蛍光タグは、経時の経大化を伴う組換えウイルスによって突然変異を受けたり、切除されたりする。そのため、顕微鏡法やPCRによる組換えウイルスストックの定期サンプリングが推奨されます。最後に、単一のウイルスに組み込むことができる蛍光タグ付きタンパク質の数に制限があるかもしれません。この 1 つの側面は、それらをすべて同時に視覚化する機能です。利用可能な蛍光タグの発光スペクトルの重複する性質を考えると、最小限のスペクトルブリードスルーを確実にするためにそれらを慎重に選択することが重要です。さらに、GFPやセルリアンなどの密接に関連するタグを使用すると、組み換えゲノム内の位置に応じて、両者の間に再結合の可能性が開かれます。
この技術のモジュール性は他の染色および/またはタグの選択との互換性に基づいて蛍光タグの簡単な置換を可能にする。選択マーカーを切除することにより、TDS法は、様々な蛍光タンパク質の連続付加、またはTDSベースのタグ付けと、フェロチ法によるTDSベースの遺伝子欠失の組み合わせを可能にする29。このアプローチの有用性の一例として、ウイルスコアとWV膜に標識する二重タグ付き蛍光ウイルスが生成された。このウイルスによるイメージング研究は、ウイルス複製中のウイルスの動き、形態形成およびラッピングを研究するために使用することができる。まだ特徴のないワクシニアウイルスタンパク質として、この技術によってタグ付けおよび研究することもできる。
ワクシニアウイルスは、生細胞顕微鏡に好ましいウイルスの多くの特性のためにイメージング研究で広く使用されています。蛍光タグはウイルスゲノムから発現し、トランスフェクションの必要性を排除し、感染動物または非トランスフェクター細胞に由来する一次細胞を容易に分析することを可能にする。当初、蛍光VVはウイルス運動30の単純な細胞内追跡に使用されたが、より最近のアプローチはFRET研究31、単一ウイルス粒子32でのFRAP、プロモーターレポーター33、生体内イメージング34、および構造研究35-37を含むようにその有用性を拡大している。これらの技術はすべて、組換え蛍光ウイルスを作成するこの方法と相まって、より簡単で近い範囲内にある可能性があります。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、オーストラリア研究評議会連盟ディスカバリープロジェクト助成金#1096623によって資金提供されました。
Mycophenolic acid | Sigma-Aldrich | M3536-50MG | Dissolve in 0.1N NaOH |
Xanthine | Sigma-Aldrich | X0626-5G | Dissolve in 0.1N NaoH |
FuGENE HD transfection reagent | Promega | E2311 | |
Fluorescence microscope fitted with Chroma filters 31001, 31002 | Olympus, Chroma | BX51 (Olympus); 31001, 31002 (Chroma) |