Summary

Génération et assemblage de nucléoopsides spécifiques au virus du virus respiratoire syncytial

Published: July 27, 2021
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Summary

Pour l’analyse mécaniste approfondie de la synthèse respiratoire syncytiale d’ARN du virus (RSV), nous rapportons un protocole d’utilisation de la phosphoprotéine chaperon (P) pour la coexpression de la nucléoprotéine ARN-libre (N0)pour l’assemblage in vitro suivant des nucléocapsides virus-spécifiques (NCs).

Abstract

L’utilisation d’un modèle d’ARN authentique est essentielle pour faire progresser les connaissances fondamentales sur la synthèse de l’ARN viral qui peuvent guider à la fois la découverte mécaniste et le développement d’essais en virologie. Le modèle d’ARN des virus à ARN non segmentés à sens négatif (NNS), tels que le virus respiratoire syncytial (RSV), n’est pas une molécule d’ARN seule, mais plutôt un complexe de ribonucléoprotéines encapsulées de nucléoprotéines (N). Malgré l’importance du modèle d’ARN authentique, la génération et l’assemblage d’un tel complexe ribonucléoprotéique restent sophistiqués et nécessitent une élucidation en profondeur. Le principal défi est que le RSV N surexprimé se lie non spécifiquement aux ARN cellulaires pour former des particules aléatoires de type nucléocoside (NCLPs). Ici, nous avons établi un protocole pour obtenir N sans ARN(N0)d’abord en co-exprimant N avec une phosphoprotéine chaperon (P), puis en assemblantN0 avec des oligos d’ARN avec la séquence d’ARN spécifique au RSV pour obtenir des nucléopsides spécifiques au virus (NCs). Ce protocole montre comment surmonter la difficulté dans la préparation de ce complexe viral traditionnellement provocant de ribonucleoprotein.

Introduction

Les virus à ARN à sens négatif (NNS) non segmentés comprennent de nombreux agents pathogènes humains importants, tels que la rage, Ebola et le virus respiratoire syncytial (RSV)1,2. Le RSV est la principale cause de maladies respiratoires telles que la bronchiolite et la pneumonie chez les jeunes enfants et les adultes plus âgés dans le monde3. À l’heure actuelle, il n’existe aucun vaccin ou traitement antiviral efficace pour prévenir ou traiter le RSV4. Dans le cadre du cycle de vie, le génome du RSV sert de modèle pour la réplication par l’ARN polymérase dépendante de l’ARN du RSV pour produire un antigénique, qui à son tour agit comme modèle pour générer un génome de progéniture. Les ARN du génome et de l’antigène sont entièrement encapsulés par la nucléoprotéine (N) pour former les nucléocapsides (NCs)3. Étant donné que les NCs servent de modèles pour la réplication et la transcription par la polymérase RSV, un assemblage NC approprié est crucial pour que la polymérase accède aux modèles pour la synthèse de l’ARN5. Fait intéressant, sur la base des analyses structurelles des polymérases virales NNS, on émet l’hypothèse que plusieurs protéines N se dissocient transitoirement des NCs pour permettre l’accès de la polymérase et se rebinent à l’ARN après la synthèse de l’ARN6,7,8,9,10,11,12.

Actuellement, le test de polymérisation de l’ARN RSV a été établi en utilisant de la polymérase RSV purifiée sur de courts modèles d’ARN nu13,14. Cependant, les activités de la polymérase RSV n’atteignent pas optimales, comme observé dans les produits non processifs et abortifs générés par la polymérase RSV lors de l’utilisation de modèles d’ARN nu. L’absence de NC avec l’ARN spécifique au virus est un obstacle principal à la compréhension mécaniste de la synthèse de l’ARN du RSV. Par conséquent, l’utilisation d’un modèle d’ARN authentique devient un besoin critique pour faire progresser les connaissances fondamentales de la synthèse de l’ARN du RSV. Les structures connues des particules de type nucléoscopique (NCLPs) provenant du RSV et d’autres virus à ARN NNS révèlent que les ARN dans les NCLPs sont soit des ARN cellulaires aléatoires, soit des ARN génomiques viraux moyens15,16,17,18,19. Ensemble, le principal obstacle est que N se lie non spécifiquement aux ARN cellulaires pour former des NCLPs lorsque N est surexprimé dans les cellules hôtes.

Pour surmonter cet obstacle, nous avons établi un protocole pour obtenir d’abord sans ARN(N0)et assemblerN0 avec de l’ARN génomique viral authentique en NCLPs20. Le principe de ce protocole est d’obtenir une grande quantité de N(N0)sans ARN recombinant en co-exprimant N avec un chaperon, le domaine N-terminal de la phosphoprotéine RSV (PNTD). Le N0P purifié pourrait être stimulé et assemblé en NCLPs en ajoutant des oligos d’ARN spécifiques au RSV, et pendant le processus d’assemblage, le chaperon PNTD est déplacé lors de l’ajout d’oligos d’ARN.

Ici, nous détaillons un protocole pour la génération et l’assemblage de CN spécifiques à l’ARN RSV. Dans ce protocole, nous décrivons le clonage moléculaire, la préparation de protéine, l’assemblage in vitro, et la validation de l’assemblage complexe. Nous mettons en évidence la stratégie de clonage pour générer des constructions bi-cistroniques pour la coexpression de protéines pour le clonage moléculaire. Pour la préparation des protéines, nous décrivons les procédures de culture cellulaire, d’extraction des protéines et de purification du complexe protéique. Ensuite, nous discutons de la méthode d’assemblage in vitro des CN spécifiques à l’ARN RSV. Enfin, nous utilisons la chromatographie d’exclusion de taille (SEC) et la microscopie électronique à taches négatives (EM) pour caractériser et visualiser les NCLPs assemblés.

Protocol

1. Clonage moléculaire REMARQUE: Le clonage indépendant de ligase (LIC) a été utilisé pour fabriquer un plasmide de construction de coexpression bi-cistronique RSV. LIC est une méthode développée au début des années 1990, qui utilise l’activité Exo 3′-5′ de l’ADN polymérase T4 pour créer des surplombs avec complémentarité entre le vecteur et l’insert d’ADN21,22. Les constructions ont été réalis?…

Representative Results

Purification de la protéine N0P sans ARNAvec ce protocole, un complexe hétérodimérique soluble RSVN0P à grande échelle peut être obtenu. Toute la longueur de la partie terminale N et N des protéines P a été co-exprimée avec 10X His-Tag sur la protéine N dans E. coli. N0P a été purifié utilisant une colonne de cobalt, un échange d’ions, et une chromatographie d’exclusion de taille. N0P contient à la fois le terminal N et N termi…

Discussion

Les structures connues de particules de type nucléocopside (NCLP) des virus à ARN non segmentés à sens négatif (NNS) montrent que les NCLPs assemblés sont le complexe N avec des ARN cellulaires hôtes lorsqu’ils sont surexprimés dans les systèmes d’expression bactérienne ou eucaryote15,16,17,18,19. Des études antérieures ont tenté d’obtenir l…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les programmes de recherche du laboratoire Liang à Emory sont soutenus par le National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) des États-Unis, les National Institutes of Health (NIH) sous le numéro de bourse R01GM130950 et le Research Start-Up Fund de l’École de médecine de l’Université Emory. L’auteur remercie les membres du laboratoire Liang pour leur soutien utile et leur discussion critique.

Materials

Agarose SIgma A9539-500G making construct using LIC method
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Unit Millipore UFC901024 concentrate the protein sample
Ampicillin sodium GOLD BIOTECHNOLOGY 5118.111317A antibiotic for cell culture
AseI NEB R0526S making construct using LIC method
Cobalt (High Density) Agarose Beads Gold Bio H-310-500 For purification of His-tag protein
Corning LSE Digital Dry Bath Heater CORNING 6885-DB Heate the sample
dCTP Invitrogen 10217016 making construct using LIC method
dGTP Invitrogen 10218014 making construct using LIC method
Glycerol Sigma G5516-4L making solution
HEPES Sigma H3375-100G making solution
HiTrap Q HP Sigma GE29-0513-25 Protein purification
Imidazole Sigma I5513-100G making solution
IPTG (Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside) GOLD BIOTECHNOLOGY 1116.071717A induce the expression of protein
Microcentrifuge Tubes VWR 47730-598 for PCR
Misonix Sonicator XL2020 Ultrasonic Liquid Processor SpectraLab MSX-XL-2020 sonicator for lysing cell
Negative stain grids Electron Microscopy Sciences CF400-Cu-TH For making negative stain grids
New Brunswick Innova 44/44R eppendorf M1282-0000 Shaker for culturing the cell
Nonidet P 40 Substitute Sigma 74385-1L making solution
OneTaq DNA Polymerase NEB M0480L PCR
QIAquick Gel Extraction Kit QIAGEN 28706 Purify DNA
SSPI-HF NEB R3132S making construct using LIC method
Superose 6 Increase 10/300 GL Sigma GE29-0915-96 Protein purification
T4 DNA polymerase Sigma 70099-3 making construct using LIC method
Thermo Scientific Sorvall RC 6 Plus Centrifuge Fisher Scientific 36-101-0816 Centrifuge, highest speed 20,000 rpm
Trizma hydrochloride Sigma T3253-250G making solution
Uranyl Formate Electron Microscopy Sciences 22451 making negative stain solution

Referencias

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Gao, Y., Ogilvie, C., Raghavan, A., Von Hoffmann, C., Liang, B. Generation and Assembly of Virus-Specific Nucleocapsids of the Respiratory Syncytial Virus. J. Vis. Exp. (173), e62010, doi:10.3791/62010 (2021).

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