ここでは、生成する効率的かつ再現性のある戦略、力価、およびアデノ随伴ウイルスベクターの品質管理バッチについて述べる。それは高価にベクトル準備を取得するユーザーをことができます (1013ベクトル ゲノム/mL x ≥ 1) と高純度、生体外でまたは生体内で使用する準備ができて。
アデノ随伴ウイルス (通気) に基づく遺伝子配信ツールは、遺伝子療法アプリケーションを含む中枢神経系 (CNS) に transgenes の配信するための人気のある選択肢です。AAV のベクトルは非複製、分割、非分割の細胞に感染して長期的な遺伝子発現を提供することができます。重要なは、いくつかの血清型、新しく記述された PHP など。B、血液脳関門 (BBB) 動物モデルでクロスすることができます以下の全身配信。研究室での AAV のベクトルを効率的に生成できます。しかし、堅牢かつ再現性のあるプロトコルが十分な純度のレベルと十分な体内用高価値の AAV のベクトルを取得する必要です。このプロトコルでは、iodixanol の勾配浄化戦略に基づいて、AAV のベクトル生産の効率的かつ再現可能な戦略について説明します。Iodixanol の浄化方法は、他の浄化方法と比較した場合の高純度、高価 AAV ベクターのバッチを取得に最適です。さらに、プロトコルは一般に現在記載されている他の方法よりも高速です。さらに、量的なポリメラーゼの連鎖反応 (qPCR)-ベクトルの純度を決定するベクトル力価として銀染色法の迅速かつ正確な定量ベースの戦略を説明。最後に、AAV PHP の全身投与、中枢神経系への遺伝子導入の代表の結果。B が表示されます。このような結果は、この資料に記載されているプロトコルを使用してすべてのラボでできるはずです。
過去 30 年間、野生型通気は、中枢神経系1,2,3,4への遺伝子導入のための非常に便利なツールであると証明、組換え AAV のベクトルを作成する設計されています 5,6遺伝子治療に病気 (fda と EMA 療法を含む)4,7に近づきます。中枢神経系で使用するための適合性は主として非分裂、分裂後の細胞に感染、通常8CNS で発見する能力から派生します。ただし、AAV を用いたベクトルも他のウイルスのベクトルの7、に比べて穏やかな免疫応答を惹起しながら任意の特定の治療遺伝子4,9長期的な表現を許可する利点があります。 8,10、11,12。
任意の AAV のベクトルの主な要素は、ゲノムとキャプシドです。野生型の通気は、一本鎖 (ss) 約 5 kilobases (kb)13のゲノム DNA ウイルス。組換え AAV のベクトル生産のため担当者とキャップの遺伝子 (ゲノム複製とウイルスのキャプシドのアセンブリに必要) が野生型 AAV のゲノムから削除されトランスのための部屋を去る、transgene14,15を含む式カセット。元のウイルスのゲノムの倒立ターミナル繰り返しシーケンス (ITRs) は、レプリケーションおよび包装の3、10,14必須では、AAV ベクターの残留要素だけです。AAV のベクトルは、遺伝子発現の; を高めるよう設計されてすることができます。ITRs の 1 つの突然変異は、相補的な DNA ストランド3,7,15の生成を効果的にできるヘアピン ループの形成に します。自己補対 (sc) ゲノムと呼ばれる、この構成の主な利点はそれがの第 2 鎖合成さ、速度および遺伝子発現のレベルをかなり増加の従来のライフ サイクルの一般的な必要性をバイパスします。1. それにもかかわらず、scAAV ゲノムを使用するベクターの貨物容量約 2.4 kb に減少します。これにより、遺伝子のシーケンス、プロモーターやマイクロ Rna 結合部位、特定のセルの種類16の式を制限するなど、規制のシーケンスが含まれます。
AAV キャプシド ベクトル ホスト細胞間相互作用を決定し、遺伝子発現の特定の場所への制限にも使える AAV 血清タイプのセル型や組織トロピズムの学位を与えます。他は遺伝子組換え手法 (つまり、PHP 研究所で生産されているに対し、自然にいくつかの AAV の血清型があります。B). さらに、いくつかのカプシドも全身投与後遺伝子中枢神経系全体の配信の結果、BBB を交差する機能など、他の有用な特性を与えます。これは、AAV9 のためだけでなく、最近は、PHP のために示されています。B キャプシド17。結果として、これらの血清型は神経変性疾患1,17,18の新しい遺伝子療法のアプローチのために特に関連する証明します。
このプロトコルの目的は、AAV のベクトルを高価と純度の小規模生産のためコスト効果の高い方法の説明です。ただし、ここで示された結果は、PHP を使用します。B キャプシドと scAAV 式カセット、プロトコルはいくつかの AAV ベクター血清型とゲノム構成では、最大の実験的柔軟性の生産に適しています。ただし、ベクトルの収量および最終的な純度、選択した血清型によって異なります。
プロトコル自体ウイルスのベクトル生産のため古典的なトライ トランスフェクション法の変種で、ベクトル クリーンアップ、セシウム塩化 (CsCl) グラデーションの古典的な使用と比較して、あるされての iodixanol の勾配の使用が組み込まれています時間効率の良い方法19,20,21の高い純度の AAV のベクトルを生産するとされます。
トランスフェクション ・精製・濃縮の手順は、ウイルスのベクトルの作品評価組織培養室で試験実施基準 (GLP) に従って行われなければならないものです。各タスクは、ウイルスのベクトル生産に関する関連の地域および国の法律に準拠して実行し、使用する必要があります。層流フードの下で、無菌状態で、この作業を実施する必要があります。ベクトルの施設内は、通常の組織培養研究室コートに加えて、ラボのエプロンを着用することをお勧めします。さらに、すべての回で、手袋だけでなく、プラスチック製のシューカバーのダブルのペアを着用ください。
前にすべての必要な機器を確保するベクトル生産を開始、プラスミドがあります。1) pCapsid プラスミドには、レプリケーション、Rep78、Rep68、Rep52、および Rep40、すなわちに必要な 4 つの非構造タンパク質をエンコードrep遺伝子には 3 構造キャプシド蛋白質、すなわち VP1、VP2 と VP3 をエンコードキャップ遺伝子が含まれています。2) pHelper プラスミド遺伝子を含んでE4、E2AとVAからアデノ ウイルス、AAV HEK293T 細胞の生産を促進します。3) pTransgene プラスミドには、2 つの ITRs が並ぶ transgene 式カセットが含まれています。これらのプラスミッドはシーケンスの利用可能なオンラインの22を使用して実験室で合成・ デ ・ ノボをすることができます。プラスミド・ デ ・ ノボを作られて、新規遺伝子を含む特にそれらシーケンス必要です、遺伝子と ITRs が正しいことを確認します。また、オンライン プラスミド リポジトリを通じてあらかじめ作られたプラスミドを直接取得できます。必要に応じて、プラスミドは増幅することができ、製造元の手順23によると標準的なキットを使用して精製します。
ベクトル力価、純度は、ベクトルの伝達能力は悪影響があります。追加のプロトコルは、作り出されたベクトルの品質評価に供給されます。最終的なベクトルの in vitroとin vivoの両方で中枢神経系細胞機能の研究に有用であります。
使用材料および装置のほとんどの分子生物学実験室および細胞培養設備に共通、組換え AAV のベクトル生産はここで説明します。純粋な前臨床等級 AAV のベクトルを生体外でそして生体内のアプリケーションの範囲を渡る複数の細胞・組織の種類を対象とする使用することができますを取得するユーザーをことができます。このプロトコルは、(すなわち、cscl 浄化)、他の人に比べての最大の利点の 1 つは、必要な作業時間の短縮です。AAV のベクトルを使用する準備ができて、最大 HEK293T 細胞の初期のトランスフェクション後 6 営業日で得られる。
最終的な収量や AAV ベクターの品質にいくつかの要因が影響悪影響。貧しいトランスフェクション効率は低ウイルス収量33のための主な理由の 1 つです。主要な推薦がなく 20 回以上継代されて、トランスフェクション21の時に 90% を超えるセル合流していない HEK293T 細胞の使用であります。さらに、選択したトランスフェクション法では、結果が大きな影響を与える。このプロトコルは、PEI の使用に基づいています。プリンスエド ワード島はカチオン性ポリマー高分子核酸、セルと人身売買によるエンドソーム34によってとられる polyplexes として知られている複合体の生成を介して細胞核に外因性 DNA を提供する能力を持つ。プリンスエド ワード島ベースのトランスフェクションは、簡単かつ迅速に実行、リン酸カルシウム35DNA の共沈殿など、他の広く使用されている方法とは対照的です。また、PEI ベースのトランスフェクションは、カチオン性脂質と磁石を介したトランスフェクション36の使用などの他の新たに導入された方法と比較するとはるかに安いです。
浄化戦略は、プロトコルの重要な役割を果たしています。他の方法と比較して、iodixanol ベース浄化は空ウイルス粒子 (20%)20の割合が高いが含まれて傾向があります。これは、ある程度事実によって相殺 iodixanol ベース浄化は日常的に 100 未満の粒子の感染性比 AAV ベクターの準備の結果します。これは従来の cscl のプロシージャは、対象粒子の感染性のかなりの損失が報告された37と比較して大幅に改善を表します。AAV のベクトルに別の一般的な方法は、クロマトグラフィーによる浄化です。ただし、このメソッドは、特定の列が使用される各ベクトル キャプシドに必要な主な欠点: たとえば、AAV2 はヘパリンの列を使用して古典的な分離が、この方法で動かない AAV4 と AAV5、ヘパリン結合を所有していません。その縁どら38のサイト。クロマトグラフィー精製も高価であることを考えると、浄化の iodixanol ベースは一般的に小規模な33,39,の AAV のベクトルの高品質のバッチを生成したい所に適して40。 ただし、最終的な収量とベクトルの純度を最大限に細心の注意が必要 iodixanol の勾配を作るとき。様々 な iodixanol の分画は、先端部が管の壁に触れて滅菌パスツール ピペットを用いて遠心管に転勤: iodixanol は、ゆっくりと継続的にピペットから追放する必要があります。ベクトル粒子は 40 %iodixanol 層に蓄積、ケア グラデーション インターフェイスが20を混在させないようにする必要があります。最後に、ベクターを含む分数の計 20 g. よりも大きくしないとステンレス鋼の鈍針の挿入によって復旧すべきベクトルの回復を最大にするには、明確な割合がそのままの状態で取得されます。この手順では、タイミングが重要です。準備の純度を損なうことを避けるため、それはグラデーションの他 (汚染) の段階を収集する前に、コレクションを停止することが欠かせません。
得られたベクトル力価の違いはパッケージ化された粒子を生成するベクトルの固有の能力にまた帰することができます。それぞれ異なる AAV の血清型の比較を示したいくつかの AAV のベクトルが他の (例えば、AAV2) よりも高価で生産が難しく41。ベクトルの脱塩のステップの間に沈殿物は低力価の可能な理由をすることができ、一極33を回避することによって簡単に防ぐ。また、それも iodixanol の勾配に基づく精製の効率とはちょっと違う血清型間や、異なる血清型で得られる抗体価の不一致したがって、41を観察することができます可能です。
最後に、それにもかかわらず、qPCR は非常に正確な DNA の定量化法手法でいくつかの自然な可変性が観察された指摘される必要があります。滴定の精度は、主に精密分注とすべてのソリューションの適切なボルテックスに依存します。読んで最も正確な価を保証するため、qPCR 繰り返すことができます独立していない、し、得られた値の平均します。このプロトコルでプライマーの選択は、私たちの研究室で使用される pTransgene プラスミドである CBA プロモーターの順序に基づきます。CBA のプロモーターは、複数の細胞のタイプ間でドライブ式にベクトル分野で広く使用されている強力な合成プロモーターです。サイトメガロ ウイルス (CMV) 初期エンハンサー要素を含む複数の要素が組み込まれていますプロモーター、最初のエクソンと CBA 遺伝子のイントロンが最初ウサギ β グロビン遺伝子のスプライスのアクセプター。ただし、(プロモーター、遺伝子、および規制要素含む) 式カセット内にあるあらゆる要素のプライマーを設計することができます。問題のベクトルに共通の地域に対してプライマーが使用される提供する、バッチ間で抗体価の比較も可能です。
結論としては、このプロトコルは、カプシド、ゲノム構成、プロモーター型および遺伝子貨物の様々 な AAV ベクターを生成する使用できます。これはユーザーを簡単に実験ニーズに合わせて自分のベクトルの最終的な特性を適応になります。代表的な結果の提示例 PHP の使用。効率的に BBB を交差させる、B のキャプシドは、中枢神経系、次尾静脈注射32の高効率遺伝子発現を与えた。CNS 浸透ベクトルの全身投与には、可能性のある副作用2,17,32面でかなりの利点があります。侵襲の警告を回避しながら、末梢注入に可能な選択肢は、脳脊髄液に AAV ベクターの配達から成っている髄腔内配信です。この配信ルートは、周辺臓器や免疫応答42の低レベルで少ないオフターゲット効果、中枢神経系の広範な導入遺伝子発現を示す有効性が証明されます。ただし、髄腔内注射ははるかに難しく、尾静脈注射より高い技術的なスキルが必要なのでです。
カプシドの更なる開発でこの技術を絞り込むは、AAV ベクター使用では遺伝子療法のための機会によって駆動されます。このようなアプローチは、筋萎縮性側索硬化症、シャルコー ・ マリー ・ トゥース病、パーキンソン病、アルツハイマー病18など、現在不治の中枢神経系疾患を治療するために魅力的な可能性を提供しています。
The authors have nothing to disclose.
原産地は、フォン フォール Wetenschappelijk Onderzoek フランデレン (FWO) ポスドク研究員プログラム (133722/1204517N) に支えられて、フンダシオン心血管・ デ ・ コロンビアと管理科学科の継続的なサポートが認めています。技術と技術革新 (グラント CT-FP44842-307-2016、プロジェクト コード 656671250485)。MM は、FWO 博士フェローシップ (1S48018N) によってサポートされます。M.G.H. は、VIB 制度助成金とアルツハイマー病研究 (サンパウロ-FRA) (P #14006)、FWO (グラント 1513616N)、欧州研究会議 (ERC) (開始のグラントにティエリー Latran 財団 (SOD VIP)、財団から外部のサポートによって支持されました。281961-AstroFunc;コンセプト グラント 713755 – 広告-VIP の証拠)。著者は、マウス飼育でご支援 Jeason ・ ホートン、ステファニー Castaldo の尾静脈注射を実行する助け、キャロライン Eykens transfected HEK293T 細胞の画像を提供するためにご了承ください。M.G.H. には、マイケル ・ ダンロップ、ピーター ・ ヒックマン、ディーン ・ ハリソンが認めています。
Plasmid production | ||||
pTransgene plasmid | De novo design or obtained from a plasmid repository | N/A | See step 1 of main protocol for further details | |
pCapsid | De novo design or obtained from a plasmid repository | N/A | See step 1 of main protocol for further details | |
pHelper | Agilent | 240071 | ||
Plasmid Plus maxi kit | Qiagen | 12963 | ||
QIAquick PCR purification Kit | Qiagen | 28104 | ||
AAV Helper-Free System | Agilent | 240071 | ||
Cell culture and transfection | ||||
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM), high glucose, no glutamine | Life technologies | 11960-044 | Supplement DMEM with FBS (1% or 10% v/v) and GlutaMAX 200 mM (1% v/v) then filter sterilize the medium using a 0.22 mm filter | |
Fetal bovine serum (FBS) | GIBCO | 10500-064 | ||
GlutaMAX supplement | GIBCO | 35050038 | ||
(200 mM) | ||||
Corning bottle-top vacuum filter system | Sigma-Aldrich | CLS430769 | ||
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) with no calcium and no magnesium | GIBCO | 14190094 | ||
HEK293T cells | American Tissue Culture Collection | CRL3216 | Upon receipt, thaw the cells and culture as described in the protocol. After a minimal number of passages, freeze a subfraction for future in aliquots. Always use cells below passage number 20. Once cultured cells have been passaged more than 20 times, restart a culture from the stored aliquots | |
Cell culture dishes | Greiner Cellstar | 639160 | 15 cm diameter culture dishes | |
Cell scrapers | VWR | 10062-904 | ||
Polyethylenimine (PEI) | Polyscience | 23966-2 | PEI in powder form is dissolved at 1 µg/µL in deionized water (ddwater) at pH=2 (use HCl). Prepare in a beaker and stir for 2-3 h. When dissolved, bring the pH back to 7 with NaOH. Filter sterilize and store the resuspended stock solution in 1 ml aliquots at -20 °C. PEI aliquots can freeze/thawed multiple times. | |
Virkon solution | Fisher Scientific | NC9821357 | Disinfect any material that has been in contact with assembled viral particles with Virkon solution | |
Mutexi long-sleeve aprons | Fisher Scientific | 11735423 | Wear an apron over the top of a regular lab coat | |
Fisherbrand maximum protection disposable overshoes | Fisher Scientific | 15401952 | ||
AAV Purification and desalting | ||||
Optiprep density gradient medium | Sigma-Aldrich | D1556 | Optiprep is a 60% (w/v) solution of iodixanol in water (sterile). CAUTION. Use under a laminar flow hood. Wear gloves | |
Phenol red | Sigma-Aldrich | P0290 | CAUTION. Use under a laminar flow hood | |
Pasteur pipette | Sigma-Aldrich | Z627992 | Sterilize before use | |
OptiSeal Polypropylene tubes | Beckman | 361625 | ||
Benzonase (250 U/µL) | Sigma-Aldrich | E1014 | Supplied as a ready-to-use solution | |
Acrodisc syringe filter | Pall corporation | 4614 | ||
Omnifix syringe (5mL) | Braun | 4617053V | ||
Blunt syringe needle | Sigma Aldrich | Z261378 | Stainless steel 316 syringe needle, pipetting blunt 90° tip gauge 16, L 4 in. Referred to in the text as a blunt-end needle | |
Aqua Ecotainer | B. Braun | 0082479E | Sterile endotoxin-free water. Referred to as 'Ultrapure water' | |
Amicon ultra-15 centrifugal filter unit | Millipore | UFC910024 | These filters concentrate the final product by collecting the viral particles in consecutive centrifugation steps | |
Pluronic F68 (100X) | Thermo Fisher | 24040032 | Non-ionic surfactant. Dilute in sterile PBS to use at 0,01% (v/v) | |
Fisherbrand Sterile Microcentrifuge Tubes with Screw Caps (2 mL) | Fisher Scientific | 02-681-374 | Use skirted tubes for easy handling | |
AAV Titration | ||||
Restriction enzyme: StuI (10 U/µL) | Promega | R6421 | ||
DNAse I (1 U/µL) | Fisher scientific | EN0521 | ||
Proteinase K | Sigma-Aldrich | 3115852001 | Reconstitute in ultrapure water and use at a final concentration of 10 mg/ml. Solution can be stored at -20°C | |
EasyStrip Plus Tube Strips (with attached caps) | Fisher scientific | AB2000 | ||
Eppendorf microtube 3810x | Sigma-Aldrich | Z606340-1000EA | ||
LightCycler 480 SYBR Green I Master Mix | Roche | 4707516001 | ||
LightCycler Multiwell Plates, 96 wells | Roche | 4729692001 | White polypropylene plate (with unique identifying barcode) | |
Microseal 'A' PCR Plate and PCR Tube Sealing Film | Bio-Rad | msa5001 | ||
AAV Purity control | ||||
Ammonium persulfate (APS) | Sigma-Aldrich | A3678 | Reconstitute in ultrapure water to 10% (v/v). CAUTION. Use under laminar flow hood. Wear gloves | |
Tetramethylethylenediamine (TEMED) | Sigma-Aldrich | T9281 | CAUTION. Use under a laminar flow hood. Wear gloves | |
Tris Base ULTROL Grade | Merck | 648311 | CAUTION. Use under a laminar flow hood. Wear gloves | |
UltraPure Agarose | Thermo Fisher | 16500-500 | ||
Rotiphorese® Gel 30 (37,5:1) | Carl Roth | 3029.3 | Aqueous 30 % acrylamide and bisacrylamide stock solution at a ratio of 37.5:1. CAUTION. Use under laminar flow hood. Wear gloves | |
Serva Blue G | Sigma-Aldrich | 6104-58-1 | ||
Precision Plus prestained marker | Bio-Rad | 1610374edu | ||
1-Butanol | Sigma-Aldrich | B7906 | CAUTION. Use under a laminar flow hood. Wear gloves | |
Immunohistochemistry | ||||
Rabbit anti-GFP | Synaptic System | 132002 | 1:300 dilution | |
Anti-rabbit Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21206 | 1:1000 dilution | |
Equipment | Company | Catalog number | Comments | |
Vector production lab | ||||
Rotina 380 bench-top centrifuge * | Hettich | 1701 | ||
Optima XPN 80 ultracentrifuge * | Beckmann Coulter | A95765 | ||
Type 50.2 Ti fixed-angle titanium rotor * | Beckmann Coulter | 337901 | ||
Entris digital scale * | Sartorius | 2202-1S | ||
Warm water bath * | Set at 37°C | |||
Ice bucket * | VWR | 10146-290 | Keep material used in the vector production lab separate from that used in standard lab areas | |
Pipetboy pro * | Integra | 156,400 | ||
Graduated pipettes: Cell star * | Greiner bio-one | 606180 | Capacity of 5 ml, 10 ml and 25 ml | |
Graduated pipettes: Cell star * | Greiner bio-one | 607180 | Capacity of 5 ml, 10 ml and 25 ml | |
Graduated pipettes: Cell star * | Greiner bio-one | 760180 | Capacity of 5 ml, 10 ml and 25 ml | |
Co2 incubator CB150 * | Binder | 9040-0038 | Set at 37°C, 5% CO2 and 95% humidity | |
Nuaire safety cabinet NU 437-400E * | Labexchange | 31324 | Clean all the surfaces with 70% ethanol and Virkon before and after use | |
Conventional lab | ||||
T100 thermal cycler * | Bio-Rad | 1861096 | ||
LightCycler 480 Instrument II * | Roche | 5015278001 | ||
ThermoMixer * | Eppendorf | C 5382000015 | ||
Nanodrop * | ThermoFisher Scientific | ND 2000 | ||
Mini-Protean Tetra Cell* | Bio-Rad | 1658001FC | For use with handmade or precast gels | |
ProteoSilver silver stain kit | Sigma-Aldrich | PROTSIL1 | High sensitivity protein detection with low background | |
Centrifuge 5804 R * | Eppendorf | B1_022628045 | High speed centrifuge for medium capacity needs (up to 250 ml) | |
Graduated pipettes Cell star * | Greiner bio-one | 606180 | 5 ml, 10 ml and 25 ml | |
Graduated pipettes Cell star * | Greiner bio-one | 607180 | 5 ml, 10 ml and 25 ml | |
Graduated pipettes Cell star * | Greiner bio-one | 760180 | 5 ml, 10 ml and 25 ml | |
Filter tips * | Greiner bio-one | 750257 | 2 µl, 20 µl, 200 µl | |
Filter tips * | Greiner bio-one | 738257 | 2 µl, 20 µl, 200 µl | |
Filter tips * | Greiner bio-one | 771257 | 2 µl, 20 µl, 200 µl | |
Ice bucket with lid * | VWR | 10146-290 | ||
Mini diaphragm vacuum pump, VP 86 * | VWR | 181-0065 | ||
Pipetman P2, P20, P100, P200, P1000 | Gilson | F144801 | ||
Pipetman P2, P20, P100, P200, P1000 | Gilson | F123600 | ||
Pipetman P2, P20, P100, P200, P1000 | Gilson | F123615 | ||
Pipetman P2, P20, P100, P200, P1000 | Gilson | F123601 | ||
Pipetman P2, P20, P100, P200, P1000 | Gilson | F123602 | ||
* Materials marked with an asterisk are expensive vpieces of equipment and are usually central infrastructure items shared between multiple labs. These items can also be replaced by equivalents if available. Note, when a different ultracentrifuge is used, care must be taken to select the correct rotor and centrifuge tubes. |