Быстрый и модульный протокол для генерации рекомбинантных вирусов вакцины, выражаюющих флуоресцентно помеченные белки одновременно с использованием метода преходящее доминирующее отбора описано здесь.
Маркировка вирусных белков флуоресцентными белками доказала незаменимый подход к дальнейшему пониманию взаимодействий между вирусом-хозяином. Вирус Вакцины (VACV), живая вакцина, используемая в искоренении оспы, особенно податлив к флуоресцентной живоклеточной микроскопии из-за его большого размера вириона и легкости, с которой он может быть разработан на уровне генома. Мы сообщаем здесь оптимизированный протокол для генерации рекомбинантных вирусов. Определены минимальные требования к целенаправленной гомологичной рекомбинации при репликации вакцины, что позволяет упрощения генерации конструкции. Это позволило альянсу переходного доминирующего отбора (TDS) с флуоресцентным репортером и метаболическим отбором обеспечить быстрый и модульный подход к флуоресцентно этикетке вирусных белков. Упрощая генерацию флуоресцентных рекомбинантных вирусов, мы можем облегчить приложения ниже по течению, такие как расширенный анализ изображений многих аспектов взаимодействия между вирусом и хостом, которое происходит во время репликации вируса.
Вирус Вакцинии (VACV) является прототипом вируса оспы и тесно связан с вирусом вариолы, причинным агентом оспы. Оба этих вируса являются членами рода ортопокс, который включает в себя другие заметные патогены, такие как оспа обезьян и вирус ectromelia (mousepox)1. Ортопедические вирусы имеют большие двухтысячие геномы ДНК (180-220 кб), которые кодируют свыше 200 прогнозируемых открытых кадровчтения 2,3. Репликация этих вирусов включает в себя формирование завода перинуклеарных вирусов, где производятся зрелые вирусы (MV), и транс-голги сети, где подмножество MV приобрести две дополнительные мембраны для создания завернутых вирусов (WV) (обзор Робертс и Смит4). Геномы ортопокса очень подразливны для генетических манипуляций из-за высокой степени генетической рекомбинации, которая является особенностью репликации генома VACV и опосредовано вирусной полимеразойДНК 5. Генерация рекомбинантных вирусов опирается на гомологичную рекомбинацию и линейные молекулы ДНК с гомологией всего 12 б.п., достаточной для опосредующей рекомбинации в вакцинии, зараженной вирусомклеток 6. Флуоресцентная маркировка вируса вакцины может дать чрезвычайно яркие частицы вируса из-за большого размера частиц ортопокса, что позволяет включение многих флуоресцентных белков навирион 7. Vaccinia имеет способность нести большие фрагменты инороднойДНК 8 и, кроме того, отсутствие жесткой капсидной симметрии может позволить степень гибкости при выражении вирусных белковых синтезов генов из их эндогенных локусов9. Флуоресцентные метки белков VACV оказались бесценными для изучения взаимодействий хозяина-патогена на субклеточном уровне, особенно в области вступлениявируса 10, транспорта11-13, и морфогенеза, особенно завернутыхвиньонов 7.
Рекомбинантные вирусы могут быть выбраны путем спасения атенуированногофенотипа роста 14,15,метаболический отбор 16-18, или путем выражения гена маркера (например, X-gal19 или флуоресцентный белок 13,20). Здесь мы описываем выбор флуоресцентных вирусов, используя мощное сочетание флуоресцентного и метаболического отбора. Переходные доминирующие векторы отбора (TDS), разработанные Фолкнером и Моссом (1990)21, позволяют интегрировать маркеры вместе с желаемым флуоресцентно помеченным геном интереса. При удалении метаболического отбора может произойти вторичное событие рекомбинации, которое акцизов гена выбора, но оставляет флуоресцентно помечены белка вируса нетронутыми. На рисунке 2 ниже приводится обзор экспериментальной процедуры. Гены выбора, используемые в этом исследовании являются mCherry и Escherichia coli guanine фосфорибозилтрансферазы (gpt) ген, оба выражены из синтетических ранних / поздних вирусных промоутер и используется ранее Cordeiro и др. 22 Кроме того, существует флуоресценция помеченного белка синтеза, представляющий интерес. При снятии метаболического отбора удаляются выбираемые маркеры(mCherry и gpt),оставляя только флуоресценцию помеченного гена, что позволяет идентифицировать правильные рекомбинантные вирусы. Иссечение маркеров выбора дает возможность сочетать несколько флуоресцентных тегов, что позволяет нам создавать вирусы с возможностью флуоресцентно маркировать несколько вирусных белков одновременно. Предыдущие исследования определили минимальные требования гомологии для рекомбинации вакцины линейных и круговых молекул ДНК, трансфицированных в вакцинии вирус-инфицированныхклеток 6. Мы хотели определить эффективность рекомбинации различной гомологии длин фланговых рук в векторе gpt-mCherry TDS путем его включения в вирусный геном вакцины. Было установлено, что гомологичные области 100 bp в векторе TDS достаточны для целевой и опомедленной вставки рекомбинантной ДНК в геном VACV путем гомологичной рекомбинации(рисунок 4). В то время как меньшие длины гомологии также позволили бы рекомбинации, 100 bp гомологии длины при условии достаточно рекомбинантных вирусов, которые могут быть легко определены с метаболическим и флуоресцентным отбора. Фрагменты ДНК такого размера могут быть синтезированы на коммерческой основе при относительно низкой стоимости и значительно облегчают производство нескольких векторов для создания рекомбинантных вирусов. Мы решили увеличить длину гомологии до 150 б.п., чтобы обеспечить большую частоту рекомбинации, сохраняя при этом затраты на синтез олигонуклеотида последовательности фланговых регионов.
Этот метод описывает эффективный и модульный протокол для создания рекомбинантных вирусов, которые выражают флуоресцентно помеченные вирусные белки. Метод гарантирует, что единственным изменением вирусного генома является добавление тега или маркера, не оставляя после себя маркеров выбора. Короткая длина руки, необходимая для гомологичной рекомбинации, позволяет ее прямо синтезировать, устраняя несколько трудоемких раундов ПЦР и клонирования, в то время как флуоресценция mCherry и метаболический отбор GPT используются для изоляции вирусных промежуточных рекомбинации. Эти промежуточные могут быть решены, после удаления выбора, к вирусу с помеченным геном или обратно к родительскому типу. Аналогичный метод, включающий использование как флуоресцентных, так иметаболических отбора, был описан ранее 27, хотя метод, используемый в данном исследовании, использует более короткие, синтезированные области гомологии, что позволяет идентифицировать желаемый рекомбинантный вирус путем визуализации флуоресценции помеченного гена интереса. Этот вторичный отбор применим только для пометки высоко выраженных вирусных генов, которые производят достаточную флуоресценцию в анализе бляшек. Кроме того, можно было бы предусмотреть вставку полного выражения кассеты, например флуоресцентный белок под сильным вирусным промоутером. В этом случае левая и правая руки будут определять точку вставки, а не вирусный ген, который будет помечен.
Есть несколько ключевых шагов, которые оказались полезными в ходе экспериментальной процедуры. Описанная выше жидкая накладка в шаге 2.3.3 оказалась решающей для обнаружения и изоляции красных/зеленых флуоресцентных бляшек. Мы считаем, что сочетание реагентов отбора GPT и агарозной накладки сдерживало рост рекомбинантных вирусов и поэтому перешло на жидкую накладку для первого шага усиления вирусов после трансфекции. Важно также, чтобы выбрать флуоресцентные бляшки, показывающие локализованные флуоресценции цвета тега для обогащения и очистки, как промежуточные в результате рекомбинации левой руки может привести к диффузной флуоресценции наблюдается в бляшках, если левая рука также содержит промоутер последовательности. Ген маркера mCherry в векторе TDS также может быть заменен gfp, например,для того чтобы позволить для легкого включения и выбора mCherry как флуоресцентный тег.
Некоторые описанные выше методы несколько отличаются от установленных методов создания рекомбинантного вируса вакцины. Например, МВД вируса, используемого для создания рекомбинантов, как правило, меньше, чем 128, однако использование высших MOIs было достаточно для создания рекомбинантных вакцин вируса с помощью этого метода. Использование реагентов выбора GPT обычно требует предустановки клеток с реагентами выбора18, однако добавление их во время фазы спасения после заражения по-прежнему обеспечивает достаточный выбор желаемых рекомбинантов, особенно из-за наличия флуоресцентного маркера отбора, а также.
Как упоминалось ранее, одним из ограничений этого метода является то, что вторичный шаг отбора флуоресценции опирается на помеченный белок интереса высоко выражены, на уровне, который позволяет его обнаружения глазом в налет анализа. Без этого можно было бы очистить вирусы, которые только выставлены mCherry флуоресценции, из которых по крайней мере 50% будет содержать желаемые рекомбинантные вирусы, которые могут быть определены по молекулярным стратегиям, таким как ПЦР описано в шаге 2.12 выше. Другим ограничением может быть инактивация некоторых белков в результате их маркировки. Флуоресцентный тег может подвергаться мутациям или быть вырезан рекомбинантным вирусом с проходят с течением времени. Поэтому рекомендуется регулярное отбор проб рекомбинантных вирусных запасов с помощью микроскопии и ПЦР. Наконец, может быть ограничение на количество флуоресцентно помеченных белков, которые могут быть включены в один вирус. Одним из аспектов этого является способность визуализировать их все одновременно; учитывая перекрывающийся характер спектра выбросов доступных флуоресцентных тегов, важно тщательно выбирать их для обеспечения минимального спектрального кровотечения через. Кроме того, использование тесно связанных тегов, таких как GFP и Cerulean открывает возможность рекомбинации между ними, в зависимости от их расположения в рекомбинантном геноме.
Модульный характер этого метода позволяет простой замены флуоресцентных тегов на основе совместимости с другими окрашивания и / или теги выбор. Путем excising выбираемых маркеров, метод TDS позволяет для серийного добавления различных флуоресцентных белков или сочетание TDS-метки с TDS-удаления генов для фенотипических анализов29. В качестве примера полезности этого подхода был создан двойной флуоресцентный вирус, который маркирует вирусные ядра и мембрану WV. Исследования изображений с этим вирусом могут быть использованы для изучения движения, морфогенеза и обертывания вируса во время репликации вируса. Пока еще нехарактезированные вакцинные вирусные белки также могут быть помечены и изучены этой техникой.
Вирус Vaccinia широко используется в исследованиях изображений из-за многих характеристик вируса, которые являются благоприятными для живоклеточной микроскопии. Флуоресцентные метки выражаются из вирусного генома, устраняя необходимость трансфекции, что позволяет легко анализировать первичные клетки, полученные от инфицированных животных или непереражаемых клеток. Первоначально, флуоресцентные VACVs были использованы для простогосубклеточного отслеживания движения вируса 30, но более поздние подходы расширили свою полезность, чтобы включить исследования FRET31, FRAP на отдельныхвирусных частиц 32,промоутер репортеров 33, интравитальнойвизуализации 34,и структурные исследования 35-37. Все эти методы могут быть в пределах более легкой и близкой досягаемости в сочетании с этим методом создания рекомбинантных флуоресцентных вирусов.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа финансировалась Австралийским исследовательским советом Федерации Discovery Project грантом #1096623.
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) |