هنا، نقدم بروتوكولا للكشف عن إزالة الأسطح المحايدة على الجسيمات الشبيهة بالفيروسات التي تعرض المستضدات (VLPs). يتم إجراء التكاثر المناعي لفيروس نقص المناعة البشرية (HIV) المشتقة من VLPs باستخدام الأجسام المضادة أحادية النسيلة الخاصة بالجظرات المظروفة إلى جانب الخرز المغناطيسي المقترن بالبروتين G. يتم إخضاع VLPs الملتقطة في وقت لاحق إلى SDS-PAGE والتحليل الغربي لللطخة باستخدام الأجسام المضادة للبروتين الأساسي الفيروسي Gag-specific.
الجسيمات الشبيهة بالفيروس (VLP) التقاط المقايسة هو أسلوب المناعة، والمعروفة باسم “المقايسة المنسدلة” المستخدمة لتنقية وعزل VLPs عرض مستضد سطح الأجسام المضادة الخاصة بالمستضدات تقترن، وبالتالي شلت على مصفوفة صلبة وغير قابلة للحل مثل الخرز. نظرا لتقاربها العالي مع المستضد المستهدف ، يمكن لهذه الأجسام المضادة التقاط VLPs مزينة مستضد cognate الراسية في مغلف غشاء VLPs. يصف هذا البروتوكول ربط الأجسام المضادة الخاصة بالمضاد للبروتين A- أو G-الخرز المغناطيسي المترافق. في دراستنا، يتم فحص فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) المشتقة من VLPs التي شكلتها مستضد مجموعة محددة (Gag) البروتين السلائف الأساسية الفيروسية p55 Gag وعرض البروتينات الجليكوبروتين المغلف (Env) من فيروس نقص المناعة البشرية. يتم التقاط VLPs باستخدام الأجسام المضادة المحايدة على نطاق واسع (bNAbs) الموجهة ضد epitopes الحساسة للتحييد في Env. يمثل فحص التقاط VLP المبين هنا طريقة حساسة وسهلة الأداء لإثبات أن (1) تم تزيين VLPs بالمستضد المستهدف المعني ، (2) احتفظ المستضد السطحي بسلامته الهيكلية كما يتضح من الربط الخاص ب bNAbs المستخدم في المقايسة و (3) السلامة الهيكلية ل VLPs التي كشف عنها الكشف عن بروتينات Gag في تحليل لطخة غربي لاحق. وبالتالي، فإن استخدام ال bNAbs للوقاية المناعية يسهل التنبؤ بما إذا كانت لقاحات VLP ستكون قادرة على الحصول على استجابة خلايا B المحايدة لدى البشر الملقحين. ونتوقع أن يزود هذا البروتوكول الباحثين الآخرين بنهج تجريبي قيم ومباشر لدراسة اللقاحات المحتملة القائمة على VLP.
تشبه الجسيمات الشبيهة بالفيروسات (VLPs) بنية جزيئات الفيروس الأصلية بينما تفتقر إلى الجينوم الفيروسي ، مما يوفر صورة أمان عالية1،2. وتمثل اللقاحات المضادة للأفراد فئة فردية من اللقاحات التي تتطور بصورة متزايدة بسبب ارتفاع مستوى المناعة فيها3,4,5,6,7. هذا هو الحال بشكل خاص بالنسبة لVLPs المغلفة بالغشاء ، مما يسمح بعرض مستضدات سطحية فيروسية متجانسة ليس فقط ولكن أيضا مستضدات heterologous مثل مستضدات الورم8،9،10. الشكل 1 يقدم لمحة عامة مثالية عن هيكل VLP المغلفة مستضد مزينة. خلال عملية تطوير اللقاحات القائمة على VLP ، لا غنى عن المقايسات التي تمكن من تحليل المستضد المستهدف المعني المعروض على سطح VLP. وينبغي أن تكون هذه المقايسات مفيدة لتوضيح تكوين لقاح الجسيمات: ‘1’ هل المصابيح المزينة بالمضاد السطحي المعني؟ ‘2’ هل احتفظ المستضد السطحي بهيكله الأصلي كما يتضح من الاعتراف بالأجسام المضادة المحايدة (bNAbs) و(3) هل يمكن تأكيد السلامة الهيكلية للأجسام ذات الأجسام المضادة للفلوروس بسبب الكشف عن البروتين الفيروسي الذي يتوسط في تكوين VLP؟
الشكل 1: رسم تخطيطي ل VLP مغلف بالغشاء. تتكون VLPs من البروتينات الأساسية السلائف Gag غير ناضجة وتحيط بها غشاء الدهون المستمدة من الخلية المضيفة. يتم دمج المستضدات ، على سبيل المثال ، البروتينات الجليكوبروتين المغلفية ، في الغشاء الدهني وعرضها على سطح VLP (على اليمين). تتعرف الأجسام المضادة الخاصة بالمضاد على المستضد. على اليسار، يظهر VLP أصلع دون زخرفة مستضد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ولا سيما VLPs التي شكلتها مجموعة الفيروسية محددة مستضد (Gag) البروتين السلائف الأساسية p55 من فيروس نقص المناعة البشرية نوع 1 (فيروس نقص المناعة البشرية-1) هي السقالات المفضلة لعرض مستضد في تطوير لقاح والعديد من الأجسام المضادة، ومجموعات ELISA متوفرة، مما يتيح تحديد كمي لهذه VLPs11،12. يتم دمج البروتينات الجليكوبروتين المغلف HIV-1 (Env) ، وهي gp41 بروتين ترانسميمبران (gp41-TM) ووحدة السطح القابلة للذوبان gp120 (gp120-SU) التي تشكل التروديمرات ، في مغلف غشاء الجسيمات وهي مستضدات مستهدفة حاسمة لتطوير لقاحات ضد عدوى فيروس نقص المناعة البشرية13،14،15 . إن عرض الأسطح الحساسة للتحييد في هذه المستضدات المستهدفة هو شرط أساسي للحصول على استجابة للأجسام المضادة لتحييد الأجسام المضادة على نطاق واسع في اللقاحات. وإلى جانب استجابة الخلية التائية الموجهة ضد بروتينات Gag ، يعتبر هذا ارتباطا مهما للحماية من عدوى فيروس نقص المناعة البشرية16. وبالتالي، وعند تصميم وإنتاج الVLPs المزينة بمرشحات مستضد مستهدفة، يمثل التحليل اللاحق لنوعية المستضدات المعروضة خطوة حاسمة في عملية تطوير اللقاح.
إن التكفير المناعي (IP) هو تقنية تستخدم على نطاق واسع للكشف عن التفاعلات البروتينية البروتينية وتنقية مجمعات البروتين على نطاق صغير17. باريت وآخرون. وقد أبلغ عن تطور الملكية الفكرية لأول مرة في عام 1960، ومع ذلك، فقد تم تحسين هذه الطريقة باستمرار. الملكية الفكرية تمكن من التقاط وعزل مستضد الهدف (فريسة) من الحل عن طريق استخدام الأجسام المضادة الخاصة مستضد (الطعم) شلت عن طريق اقتران إلى الخرز18،19. في هذا البروتوكول، ونحن نظهر الاختلاف من تطبيق الملكية الفكرية الكلاسيكية باستخدام غشاء المغلفة P55 Gag شكلت VLPs كفريسة وbNAbs التي تعترف epitopes حساسة للتحييد في البروتينات المغلف المعروضة على سطح VLPs كبروتينات الطعم. التطبيق الناجح لهذا الفحص التقاط VLP يسهل التنبؤ ما إذا كان اختبار مستضد إيجابية VLPs سوف تكون قادرة على الحصول على استجابة الخلية B تحييد في الأشخاص الذين تم تطعيمهم. وكثيرا ما تظهر هذه الخصائص المناعية لمرشحي اللقاح القائم على VLP في نماذج الحيوانات الصغيرة20,21,22.
من أجل تقييم نوعية المرشح لقاح VLP المطورة حديثا، وقد استخدمت بنجاح مقايسات التقاط VLP5،23،24. ومع ذلك، عدد الأساليب المنشورة محدودة. يبدأ فحص التقاط VLP المعروض هنا بشل حركة bNAbs الخاصة ب Env على حبات البروتين G-المقترنة ، والتي ترتبط بمنطقة Fc للأجسام المضادة المشتقة من الثدييات. المصفوفات النموذجية لشل حركة الجسم المضاد المفضل هي الآغاروز أو الخرز المغناطيسي. ومع ذلك، الخرز المغناطيسي مواتية للتطبيقات عالية الإنتاجية25. في الخطوة التالية، يتم التقاط VLPs عرض مستضد الهدف من قبل الخرز المغلفة bNAb. يتم إثراء المجمعات المناعية المكونة من VLPs إيجابي Env وbNAbs غير المشل الحركة بسهولة باستخدام مغناطيس. يتم تعاويك المجمعات المناعية المعزولة في الخطوة النهائية. في وقت لاحق، يمكن أن تكون مميزة كيميائيا بيولوجيا VLPs. هنا ، قمنا بإجراء تحليل لطخة الغربية توظيف p55 Gag الأجسام المضادة الأساسية الفيروسية البروتين محددة لإثبات أن المستضدات Env الهدف عجلت لم تكن تؤوي فقط epitopes حساسة للتحييد ولكن تم عرضها أيضا على VLPs شكلت هفوة. وعلاوة على ذلك، فإن الكشف عن البروتينات الهفوة الأساسية الفيروسية يزيد من حساسية المقايسة التقاط منذ بروتينات الكمامة هي أكثر وفرة من Env في VLP. في فيروس نقص المناعة البشرية-1، بروتينات Env موجودة فقط في رقم واحد أو رقمين26، في حين أن أكثر من 3500 جزيء Gag تشكل جوهر جسيم27.
بالمقارنة مع التقنيات الأخرى لفحص التفاعلات البروتين البروتين28،29، يوفر اختبار التقاط VLP طريقة بديلة لمختبرات البحوث التي لا يمكن الوصول إلى الأدوات التحليلية باهظة الثمن. على سبيل المثال، يمكن أن يكون التحليل المجهري للإلكترون الإرسالي (TEM) والتنظير الطيفي لرنين البلازمون السطحي (SPR) وتحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA) كثيفة التكلفة. كما يسمح فحص الالتقاط المعروض هنا بالخضوع اللاحق لعينات VLP الملتقطة الموجبة للمضاد لمزيد من توصيف البروتين ، على سبيل المثال ، استخدام الكهروفوريسيس الهلامي ، والمناعة ، والمجهر الإلكتروني ، وقياس الطيف الكتلي (MS) ، على التوالي. وبالنظر إلى أن يتم الحفاظ على الهيكل الأصلي للمضاد الهدف أثناء الفحص التقاط VLP، ويمكن أيضا أن تستخدم أداء PAGE الأصلي وتقنيات immunoblotting اللاحقة.
يمثل اختبار التقاط VLP طريقة سهلة الاستخدام وحساسة لفحص زخرفة VLPs مع مستضدات مستهدفة تعرض الأسطح الحساسة للتحييد ، وبالتالي فائدتها كمرشحين للقاح في المستقبل.
قبل فحص التقاط VLP، قم بتقييم تشكيل VLPs والتعبير عن المستضد المستهدف في خطوط خلايا منتج VLP. طرق مفيدة هي تدفق التحليل الخلوي للتعبير سطح الخلية من المستضد وكذلك مستضد والفيروس الأساسية البروتين محددة ELISA من CFSN وVLPs بيليه.
الخطوات الحاسمة من المقايسة التقاط VLP هي طلاء الخرز مع التقاط الأجسام المضادة – هنا bNAbs – والقبض اللاحقة من VLPs مستضد إيجابية من قبل الخرز المغلفة بالأجسام المضادة. يعتمد الطلاء الناجح للخرزات ذات الأجسام المضادة على اختيار البروتين الملزم المناعي (Ig). الأنواع المانحة وكذلك فئة Ig من الأجسام المضادة تحديد ما إذا كان البروتين G- أو البروتين A-الخرز المترافق هي الأفضل. بالنسبة لمعظم الأنواع وفئات Ig، البروتين G هو ليغاند من choice33. كبديل للبروتين A / G – الخرز المقترنة ، والخرز streptavidin للطلاء مع الأجسام المضادة البيوتينيلات المتاحة. الخرز يمكن أيضا أن يقترن بشكل مشترك مع الأجسام المضادة.
القبض على VLPs بواسطة حبات مغلفة بالأجسام المضادة يعتمد على خلط شامل ، ووقت حضانة كاف ، وفرة مستضد ، وتقارب الجسم المضاد التقاط. في تجربتنا، يتم تحقيق الاختلاط الشامل للخرز المغلفة بالأجسام المضادة مع عينات VLP على أفضل وجه من خلال استخدام وحدات التخزين >500 ميكرولتر في أنابيب 1.5 مل تحت الدوران لمدة لا تقل عن 2 ساعة في درجة حرارة الغرفة أو 4 درجة مئوية. وثمة عقبة محتملة أخرى هي كمية منخفضة جدا من VLPs في العينة. بالنسبة للأجسام المضادة الملزمة بقوة للمضاد المستهدف ، عادة ما تسمح مدخلات VLP منخفضة تصل إلى 15 نانوغرام من بروتين Gag بكميات يمكن اكتشافها بسهولة من البروتينات الأساسية الفيروسية باستخدام تحليل البقع الغربية. ومع ذلك، تتطلب الأجسام المضادة منخفضة التقارب كميات مدخلات أعلى، على سبيل المثال، 100 نانوغرام من بروتين Gag، للحصول على نتائج حاسمة (الشكل 3، bNAb 3).
بعض المستضدات السطحية عرضة لتدهور البروتيز. هنا، نوصي بإضافة مثبطات البروتيز إلى عينات VLP والحضانة عند 4 درجة مئوية. نادرا ما يلاحظ التصاق غير محددة من بروتينات الخلايا المضيفة وVLPs إلى الأجسام المضادة حبة ملزمة وينبغي استبعادها باستخدام الضوابط السلبية المناسبة، كما أظهرنا هنا باستخدام عينات VLP وهمية وأصلع والأجسام المضادة للسيطرة isotype. وتشمل استراتيجيات الحد من الربط غير محددة خطوات الغسيل الموسعة وإضافة كيسين في المخزن المؤقت غسل34. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضا تحسين المقايسة التقاط عن طريق تحديد النسبة المثلى من الأجسام المضادة إلى كمية VLP عرض مستضد.
في الخطوة الأخيرة من فحص التقاط VLP ، نصف تصغير المجمعات المناعية من الخرز عن طريق الغليان في تقليل حاجز Laemmli. خلال هذه الخطوة، يتم تفكيك VLPs، ويتم فصل الأجسام المضادة التقاط المستضدات الهدف من الخرز. وتجدر الإشارة إلى أن الأنواع المانحة للأجسام المضادة الأولية المستخدمة في التحليل الغربي اللاحق لللطخة يجب أن تختلف عن المتبرع بالأجسام المضادة للالتقاط لتجنب الكشف غير المقصود عن جسم الالتقاط من قبل الأجسام المضادة الثانوية المضادة للمانحين IgG HRP.
يوفر اختبار التقاط VLP المعروض هنا طريقة سهلة الاستخدام وحساسة للكشف عن الأسطح الحساسة للتحييد في مستضدات الهدف الهيكلية السليمة المعروضة على أسطح VLP. ومع ذلك، لا يتيح الفحص التقاط التحديد الكمي المباشر للظهارة. ELISA يؤديها مع bNAbs مفيدة لهذا الغرض، وينبغي أن تجرى بالتوازي، لا سيما إذا تم فحص VLPs يقصد أن تستخدم في الدراسات قبل السريرية التي تستخدم نماذج الحيوانات35. وهذا أمر محوري، حيث أن كمية المستضد يمكن أن ترتبط مباشرة باستخلاص استجابة الأجسام المضادة المحايدة في الحيوانات المحصنة، كما هو مبين للقاحات فيروس بورسيني سيركو من النوع 2 (PCV2).
وينبغي أن يؤدي اللقاح المثالي إلى الحصول على bNAbs التي تستهدف epitopes حساسة للتحييد على سطح الفيروس. إن تحليل هذه الأسطح يشير بشكل خاص إلى سلامتها الهيكلية الكاملة على سطح لقاح الجسيمات أمر بالغ الأهمية لتحديد المرشحين المحتملين للقاح. وهذا ليس هو الحال بالنسبة للقاحات VLPs المشتقة من فيروس نقص المناعة البشرية فحسب، بل أيضا بالنسبة للعديد من لقاحات VLP الأخرى في التنمية37. فاللقاحات البارزة القائمة على VLP، على سبيل المثال، مشتقة من فيروسات أبوية غير مغلفة أو ذات سقف مثل فيروس الورم الحليمي البشري. على عكس جزيئات فيروس نقص المناعة البشرية-1، التي تتشكل من بروتين أساسي هيكلي واحد فقط، وهو P55 Gag، وتحيط بها الغشاء الناشئ عن الخلية المنتجة ل VLP، تتكون جزيئات فيروس الورم الحليمي البشري من بروتين أساسي هيكلي واحد أو اثنين فقط38,39. وبالمثل وكما هو معروض هنا لVLPs المغلفة، قد ينطبق أيضا على الكشف عن epitopes حساسة تحييد من VLPs غير المغلفة.
كبديل لمقايسة الالتقاط ، يمكن أن تخضع عينات VLP مباشرة إلى PAGE الأصلية تليها تحليل البقع الغربية باستخدام bNAbs والأجسام المضادة الثانوية المناسبة إلى جانب HRP40. ومع ذلك ، ولتحليل فيروس نقص المناعة البشرية ENV زينت VLPs ، وهذا المقايسة هي أقل حساسية كما يمكن توقع عدد قليل فقط من البروتينات مستضد لكل VLP. في المقابل ، يسهل فحص الالتقاط الكشف عن البروتينات الأساسية الوفيرة بكميات كبيرة لكل VLP ، في حالة VLPs المشتقة من فيروس نقص المناعة البشرية أكثر من 3500 بروتين Gag تشكل VLP27. وهذا يسمح للكشف غير المباشر حساسة جدا من epitopes في Env عرض حتى في كثافات منخفضة على VLPs.
عدد الطرق الراسخة لفحص epitopes حساسة للتحييد في المستضدات السطحية من VLPs محدودة. وضع العلامات على المستضدات المعروضة على VLPs ممكن مع الأجسام المضادة الخاصة بالظهارة الفلوروفورية المصاحبة والكشف اللاحق عن طريق تحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA) ، مما يتيح الكشف عن VLPs وتحديد كميتها. وقد تم أيضا تطوير هذه الطريقة بنجاح وتحسينها لإكسوسومات تقديم علامات سطح الخلية41. أيضا، يسمح التحليل الطيفي لرنين البلازمون السطحي (SPR) بتحليل التفاعلات بين الأجسام المضادة المحايدة غير المترافقة والأسطح المجسدة المقدمة على VLPs. على الرغم من أنها غير مناسبة لتحليل الإنتاجية العالية ، يمكن أيضا تسمية VLPs ب bNAbs إلى جانب جزيئات الذهب والإلكترونات اللاحقة المجهرية (TEM) – examination42.
وفي الختام، يوفر المقايسة الالتقاط VLP بعض المزايا الكبيرة: ‘1’ تقييم السلامة الهيكلية للأسطح الحساسة للتحييد على سطح الأجسام ذات الأجسام المنخفضة الفلور، ‘2’ الكشف الحساس وغير المباشر عن المستضدات حتى عند عرضها بكثافات منخفضة على الأجسام ذات الكثافة المنخفضة، و’3′ لا تتطلب الطريقة معدات تحليلية كثيفة التكلفة.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم دعم هذا العمل من خلال منحة من وزارة التعليم والبحوث الاتحادية الألمانية، وبرنامج التمويل Forschung an Fachhochschulen، وأرقام العقود 13FH767IA6 و 13FH242PX6 إلى JS. تم إنشاء الشكلين 1 و 2 مع BioRender.com.
1.5 mL reaction tubes | Eppendorf | ||
10x PBS | gibco | 70011044 | |
4%–15% Mini-PROTEAN TGX stain-free protein gels | BioRad | 4568085 | |
Antibodies (bnAbs) | Polymun Scientic | ||
Isotype control antibody | invitrogen (Thermo Fisher Scientific) | 02-7102 | |
Chemidoc XRS+ imaging system | BioRad | 1708265 | |
Chicken anti-rabbit IgG HRP-coupled | Life technologies | A15987 | 1:5000 in TBS-T + 2 % (w/v) powdered milk |
Dynabeads Protein G Immunoprecipitation Kit | invitrogen (Thermo Fisher Scientific) | 10007D | includes buffers and washing solutions |
FreeStyle 293-F cells | invitrogen (Thermo Fisher Scientific) | R790-07 | |
FreeStyle 293 Expression Medium | invitrogen (Thermo Fisher Scientific) | 12338026 | |
Gel blotting papers | Whatman | GB005 | |
Glycine | Carl Roth | 0079 | blotting buffer |
Magnetic separation rack | New England Biolabs | S1509S | for 12 x 1.5 mL or 6 x 1.5 mL tubes |
Methanol | Carl Roth | 4627 | blotting buffer |
Mini-PROTEAN Tetra Cell electrophoresis system | BioRad | ||
Optima XE-90 ultracentrifuge | Beckman Coulter | ||
PageRuler prestained protein ladder | Thermo Scientific | 26616 | |
Polyvinylidene fluoride (PVDF) syringe filters, 0.45 µm | Carl Roth | KC89.1 | |
Powdered milk | Carl Roth | T145 | blocking buffer |
PVDF transfermembrane, 0.45 µm | Carl Roth | T830.1 | |
QuickTiter HIV p24 ELISA | Cell Biolabs | VPK-108-H | |
Rabbit polyclonal to HIV1 p55 + p24 + p17 | abcam | ab63917 | 1:2000 in TBS-T + 2 % (w/v) powdered milk |
Rotator | Heidolph | REAX2 | |
ROTI Load 1 (laemmli buffer) | Carl Roth | K929.1 | 4x concentrated reducing protein gel loading buffer |
ROTIPHORESE 10x SDS-PAGE | Carl Roth | 3060 | |
Sodium chloride | Carl Roth | 3957 | TBS-T buffer |
SuperSignal West Pico PLUS chemiluminescent substrate | Thermo Scientific | 34579 | |
SW28 rotor | Beckman Coulter | ||
Thermomixer | Cel Media | basic | |
Trans-Blot Turbo | BioRad | ||
Trehalose dihydrate | Carl Roth | 8897.2 | |
TRIS | Carl Roth | 5429 | blotting buffer |
TRIS hydrochloride | Carl Roth | 9090 | TBS-T buffer |
Tween-20 | Carl Roth | 9127 | TBS-T buffer |
Ultra Clear centrifuge tubes | Beckman Coulter | 344058 |