Summary

Zeitliche Analyse der nuklearen-cytoplasmatische Translokation eines Herpes-Simplex-Virus 1-Proteins Immunofluorescent konfokalen Mikroskopie

Published: November 04, 2018
doi:

Summary

ICP0 erfährt nuklearen-cytoplasmatische Translokation bei HSV-1 Infektion. Der molekulare Mechanismus dieses Ereignisses ist nicht bekannt. Hier beschreiben wir die Verwendung von confocal Mikroskop als Instrument zur ICP0 Bewegung in HSV-1-Infektion, die legt den Grundstein für die Analyse von quantitativ ICP0 Translokation in zukünftigen mechanistische Studien zu quantifizieren.

Abstract

Infizierten Zelle Protein 0 (ICP0) des Herpes-Simplex-Virus 1 (HSV-1) ist ein sofortiger Anfang Protein mit einem RING-Typ E3-Ubiquitin-Ligase. Es ist verantwortlich für den proteasomalen Abbau von Host einschränkende Faktoren und die anschließende virale Genaktivierung. ICP0 enthält eine kanonische nuklearen Lokalisierung Abfolge (NLS). Es tritt den Kern sofort nach de-Novo -Synthese und führt seine Anti-Host Verteidigungsfunktionen vor allem im Zellkern. Jedoch später in Infektion, was darauf hindeutet das Auftreten von einer nuklearen-cytoplasmatische Translokation bei HSV-1 Infektion ICP0 ausschließlich im Zytoplasma, gefunden. Vermutlich kann ICP0 Translokation ICP0 seine Funktionen entsprechend seine subzellulären Standorten in verschiedenen Infektion Phasen zu modulieren. Um die biologische Funktion und Regulationsmechanismus ICP0 Atom-cytoplasmatische Translokation abzugrenzen, haben wir eine immunofluorescent Mikroskopie-Methode zur Überwachung der ICP0 Menschenhandel bei HSV-1 Infektion geändert. Dieses Protokoll beinhaltet immunofluorescent Färbung, confocal Mikroskop Bildgebung und nukleare vs. zytoplasmatischen Verteilungsanalyse. Das Ziel dieses Protokolls ist die Steady-State konfokale Bilder in einen zeitlichen Verlauf in eine quantitative Dokumentation der ICP0 Bewegung in der lytischen Infektion anzupassen. Wir schlagen vor, dass diese Methode verallgemeinert werden kann, um nuklearen vs. zytoplasmatischen Lokalisierung von anderen viralen oder zelluläre Proteine quantitativ zu analysieren, ohne Einbeziehung von live-imaging-Technologie.

Introduction

Herpes-Simplex-Virus 1 (HSV-1) verursacht eine Vielzahl von leichten bis schweren herpetische Erkrankungen einschließlich Herpes Labialis, Herpes genitalis, stromale Keratitis und Enzephalitis. Einmal infiziert, stellt das Virus eine lebenslange latente Infektion in den Ganglien Neuronen. Gelegentlich kann das Virus durch verschiedene Ursachen wie Fieber, Stress und Immunsuppression1, führt zu immer wiederkehrenden Herpes-Infektion reaktiviert werden. Infizierten Zelle Protein 0 (ICP0) ist viral Schlüsselregulator für lytische und latente HSV-1 Infektion von entscheidender Bedeutung. Es transactivates nachgeschalteten Virus Gene über Bekämpfung der Host intrinsische/angeborenen antiviralen Abwehr2,3. ICP0 hat eine E3 Ubiquitin Ligase Tätigkeit, die mehrere Zelle Faktoren für Proteasom-abhängige Abbau3richtet sich an. Es interagiert auch mit verschiedenen Zelle Signalwege, ihre Aktivitäten zu regulieren und anschließend Rechner antiviralen Einschränkungen3auszugleichen. ICP0 tritt bekanntermaßen bei verschiedenen subzelluläre Kompartimente zu finden, da die Infektion3,4,5 verläuft. Das Protein besitzt ein Arginin/Lysin-reiche nuklearen Lokalisierung-Signal (NLS) Rückstände 500, 506-6. Bei der de-Novo -Synthese im frühen HSV-1 Infektion wird ICP0 sofort in den Zellkern importiert. Es ist zuerst erkannt, bei einer dynamischen nukleare Struktur bezeichnet Nuklearbereich 10 (ND10)7. Die E3 Ubiquitin Ligase Tätigkeit der ICP0 löst den Abbau von ND10 Veranstalter Proteine, Promyelocytic Leukämie (PML) Protein und gesprenkelten Protein 100 kDa (Sp100)8,9,10. Nach dem Verlust von Proteinen, Veranstalter ND10 nuklearen Einrichtungen sind weit verstreut und ICP0 wird verbreitet, um die gesamte Kern4,11zu füllen.

Interessant ist, nach dem Einsetzen der viralen DNA-Replikation verschwindet ICP0 aus dem Zellkern. Es findet ausschließlich im Zytoplasma, was darauf hindeutet das Auftreten von einer nuklearen-cytoplasmatische Translokation spät in HSV-1 Infektion4,12. Das Erfordernis der DNA-Replikation bedeutet die mögliche Beteiligung von einem späten virale benutzt bei der Erleichterung der zytoplasmatischen Translokation von HSV-1 ICP04,12. Offenbar ICP0 Handel unter verschiedenen Kompartimenten während der Infektion befähigt ICP0 seine Interaktionen zu verschiedenen zellulären Wege in eine räumlich-zeitliche Mode zu modulieren, und daher koordinieren ihre vielfältigen Funktionen zu feinen Melodie die Balance zwischen die lytische und latente HSV-1 Infektion13. Zum besseren Verständnis der ICP0 Multifunktionalität und die Koordination der ICP0 Funktionsbereiche in der lytischen Infektion seziert wir sorgfältig die molekulare Grundlagen der dynamischen ICP0 Translokation12. Um die mechanistische Studien bereits berichtet12durchführen zu können, haben wir eine immunofluorescent Färbung Methode um ICP0 subzelluläre Lokalisation bei verschiedenen Infektionsstatus unter confocal Mikroskop visualisieren angewendet. Wir haben auch eine quantitative Protokoll zu analysieren, die nukleare vs. zytoplasmatischen Verteilung der ICP0 mit Hilfe der konfokalen Software entwickelt. Die Bevölkerung von HSV-1 infiziert Zellen war während der gesamten Infektion tabellarisch dargestellt und die Trends der ICP0 Bewegung wurden unter verschiedenen biochemischen Behandlungen12analysiert. Hier beschreiben wir dem ausführliche Protokoll, dass Dokumente ICP0 Translokation in HSV-1-Infektion. Wir schlagen vor, daß diese Methode kann, als eine allgemeine Methode angenommen werden, um die nukleare vs. zytoplasmatischen Translokation für andere virale oder zelluläre Proteine, studieren die dienen können, als Alternative zur live Bildgebung, wenn die live bildgebende Verfahren ist nicht anwendbar auf Probleme wie Kennzeichnung Methode, Signalintensität oder Protein Fülle.

Protocol

(1) Zelle Aussaat und Virus-Infektion Samen Sie bei 20-24 h vor der Virusinfektion 5 x 104 von menschlichen embryonalen Lunge (HEL) Fibroblastenzellen oder andere Zellen auf einer 11 mm 4-gut gestaffelten Folie in Wachstumsmedium (Dulbeccos geändert Eagle Medium (DMEM) ergänzt mit 10 % fetalen Rindern geprüft werden Serum (FBS)). Inkubation der Zellen bei 37 ° C mit 5 % Kohlendioxid (CO2).Hinweis: Jede sollte gut 70-80 % Zelle Konfluenz zum Zeitpunkt der Infektion haben. …

Representative Results

Verständnis der molekularen Grundlagen und biologische Funktionen des Menschenhandels ICP0 bei HSV-1 Infektion, verwenden wir eine Methode immunofluorescent Mikroskopie ICP0 subzelluläre Verteilung auf verschiedene Infektion Phasen zu analysieren. Abbildung 1 zeigt die repräsentative Zellen mit markanten ICP0 Lokalisierung als die Infektion fortschreitet. Zur Quantifizierung der nuklearen-cytoplasmatische Translokation ICP0 analysieren wir ICP0 Verteilung …

Discussion

Dieses Protokoll wurde verwendet, um die nukleare zu zytoplasmatischen Translokation von HSV-1 ICP0 zu studieren. ICP0 erfährt subzelluläre Menschenhandel bei HSV-1 Infektion (Abbildung 1). Wahrscheinlich, ICP0 interagiert mit verschiedenen Zelle Signalwege, verschiedene Funktionen an unterschiedlichen Standorten durchzuführen. Dies ermöglicht ICP0 zur Feinabstimmung ihre vielfältigen Funktionen in das Tauziehen mit menschlichen Gastgeber13. Aber ist wie ICP0 die…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken finanziellen Unterstützung aus einem NIH-Zuschuss (RO1AI118992) an Haidong Gu vergeben. Wir danken der Mikroskopie, Imaging & Zytometrie Ressourcen (MICR) Core-Anlage an der Wayne State University für den technischen 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

Referencias

  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).

Play Video

Citar este artículo
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