Herpesvírus de perus (HVT) é amplamente utilizado como uma plataforma de vetor para a geração de vacinas recombinantes contra um número das doenças aviárias. Este artigo descreve uma abordagem simples e rápida para a geração de vacinas recombinantes HVT-vectored, usando um sistema de Cre-Lox e integrado NHEJ-CRISPR/Cas9.
Herpesvírus de perus (HVT) é um vetor viral ideal para a geração de vacinas recombinantes contra um número das doenças aviárias, tais como a gripe aviária (AI), doença de Newcastle (ND) e doenças infecciosas bolsas serosas (IBD), usando (cromossoma artificial bacteriano Mutagênese BAC) ou métodos convencionais de recombinação. O cluster regularmente intercaladas repetições palíndromos (CRISPR) / Cas9 sistema tem sido utilizado com sucesso em muitas configurações para edição de gene, incluindo a manipulação de vários genomas grandes vírus de DNA. Nós desenvolvemos um rápido e eficiente CRISPR/Cas9-mediada genoma edição pipeline para gerar recombinante HVT. Para maximizar o potencial de uso deste método, aqui apresentamos informações detalhadas sobre a metodologia de geração de HVT recombinante expressando a proteína VP2 de IBDV. A gaveta de expressão VP2 é inserida para o HVT genoma através um NHEJ (não-homólogos final-adesão)-caminho de reparação dependente. Uma gaveta de expressão de proteínas (GFP) fluorescência verde primeiro que consta a inserção para fácil visualização e em seguida removido através do Cre-LoxP sistema. Essa abordagem oferece uma maneira eficiente para introduzir outros antígenos virais no genoma da HVT para o rápido desenvolvimento de vacinas recombinantes.
Doença de Marek (MD) é uma doença linfoproliferativa de galinhas induzida pelo sorotipo 1 (2 de Herpesvirus Gallid [GAHV-2]) do gênero Mardivirus , da subfamília das Herpesviridae. Mardivirus também inclui dois serótipos não-patogênicas: sorotipo 2 (GaHV-3) e sorotipo 3 (MeHV-1, conhecido historicamente como HVT) que são usadas como vacinas contra MD Vacina viva de HVT (cepa FC-126) é a primeira geração de vacina MD usada na década de 1970 e é ainda a ser amplamente utilizado em formulações de vacina bivalente e polivalente para fornecer uma proteção aprimorada contra MD HVT é também amplamente utilizado como um vetor de vacina para induzir a proteção contra uma série de doenças aviária devido à sua versatilidade e segurança para ambos em ovo e administração subcutânea de incubatório e capacidade para fornecer uma imunidade vitalícia. A estratégia para gerar vacinas recombinantes HVT baseia-se ou recombinação homóloga convencional em células infectadas por vírus, sobreposição do cosmid DNAs ou BAC mutagênese2. No entanto, esses métodos são, geralmente, demorado e trabalhoso, que exige a construção de vetores de transferência, a manutenção do genoma viral em Escherichia coli, purificações de placa bacteriana e a remoção da sequência de BAC e seleção marcador do vírus editado3,4.
CRISPR/associado (Cas9) é o gene mais popular ferramenta de edição nos últimos anos devido à sua versatilidade e especificidade. O sistema CRISPR/Cas9 tem sido usado com sucesso na geração eficiente de células geneticamente modificadas e modelos animais5,6,7,8,9,10, como bem como a manipulação de vários grandes vírus DNA genomas11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20. Depois de dar um método simples e eficiente, usando o sistema CRISPR/Cas9 para editar o HVT genoma21, desenvolvemos um gasoduto para a geração rápida e eficiente de recombinação HVT22.
A fim de ampliar o potencial de aplicação desse método, descrevemos a metodologia detalhada para a geração de recombinação vacina HVT expressa o gene VP2 de IBDV no locus UL45/46 neste relatório. A abordagem combina NHEJ-CRISPR/Cas9 para inserir o gene VP2 com gene repórter GFP e um sistema de Cre-LoxP para remover a fita de expressão de GFP mais tarde. Comparado ao tradicional recombinação e BAC recombineering técnicas, demonstramos que a NHEJ-CRISPR/Cas9 juntamente com um sistema de Cre-Lox é uma abordagem rápida e eficiente para gerar vacina recombinante HVT.
O sistema CRISPR/Cas9 tornou-se uma ferramenta valiosa na edição de gene. As tecnologias tradicionais para recombinante HVT vector do desenvolvimento, como recombinação homóloga13 e BAC mutagênese tecnologia25, geralmente envolvem várias rodadas de vetor de clonagem e seleção, bem como triagem em larga escala, que pode demorar vários meses. O protocolo descrito aqui, usando uma estratégia NHEJ CRISPR/Cas9-baseada combinada com o sistema Cre-Lox e classificação de célula única é mais uma abordagem mais rápida, conveniente e eficiente na geração de vacina recombinante. Usando esse pipeline, o vírus recombinante pode ser obtido dentro de apenas 1-2 semanas24e etapas de purificação de placa também podem ser reduzidas a uma separação de single-redonda usando fluorescência-ativado da pilha classificação17. Todo o processo, desde a construção de design e doador de gRNA para o vírus de HVT recombinante purificada, pode ser alcançado dentro de 1 mês. Os passos críticos para geração de HVT recombinante bem sucedida incluem a seleção de gRNA de alta eficiência para o direcionamento do genoma viral para assegurar eficiente clivagem para a inserção do gene estrangeiro, a eficiência elevada do transfection para maximizar a chance para Cas9 / gRNAs e o vírus se encontrar na mesma cela para edição e o intervalo de 12 horas entre o transfection de plasmídeos o doador e gRNA e a infecção viral para permitir Cas9 e gRNA ser expressa a um nível razoável, antes que o vírus chegue às células.
A limitação para a geração de recombinação HVT é que a complexidade da identificação de GFP-positivo clones pela junção do PCR. As fitas de GFP-VP2 podem ser inseridas em qualquer orientação. A junção que PCR descrito aqui é apenas para a identificação da inserção na orientação sentido. No caso do inserir na orientação antisentida, PCR usando os pares de cartilha descritos não iria funcionar, e os primers internos podem ser trocados para essa finalidade. Outro problema potencial é que a construção do doador só pode ser usada para a inserção de um gene no vírus da mesma devido à existência da sequência LoxP restante após a remoção de GFP por tratamento de Cre. Uma nova construção de doador com uma variante LoxP sequência poderia ser usada para uma finalidade de inserção múltipla.
NHEJ e HDR (reparação de homologia-dirigido) são as duas vias para reparar as quebras de dupla-hélice (DSBs) criadas por Cas926,27. NHEJ é mais eficiente, como ocorre em todo o ciclo celular28, Considerando que HDR é menos eficiente e ocorre apenas durante a S e G2 fases6,29,30. Nós explorada a mais eficiente via de reparo NHEJ aqui para introduzir os genes estrangeiros os locais alvo. Embora a NHEJ reparar pode introduzir puntuais, unindo as extremidades de DNA danificadas ou noncompatible através de uma homologia independente processo mecanicamente flexível31,32 entre a sequência de doador entalhadas e o DNA genômico, o puntuais Só pode ocorrer com os sítios de clivagem de sgA, e a gaveta externa-expressão do gene não é afectada. Outra vantagem desta abordagem é que NHEJ é livre da restrição da construção do braço de homologia, tornando a clonagem passo muito simples. Isso leva a um grande potencial para a aplicação de NHEJ para inserção de gene estrangeiro. A introdução de um site de destino de gRNA universal em ambos termina do gene estrangeiro gaveta torna o processo mais rápido, como o modelo de doador poderia ser construído imediatamente sem a necessidade para a seleção de gRNA específico. A espinha dorsal do plasmídeo de doadores contendo sites de destino do sgA, LoxP sites e sites PacI e SfiI também pode ser compartilhada amplamente entre genes repórter diferente, fitas estrangeiras-expressão gênica e vetores de vírus diferentes, dando a esta nova abordagem a vantagem de personalização.
A inserção de HVT-abrigando VP2 foi usada para descrever o protocolo neste manuscrito; no entanto, a mesma abordagem pode ser usada para inserir mais genes virais em diferentes localizações genômicas do genoma HVT usando a gRNA visando a sequência desejada correspondente para o desenvolvimento de vacinas polivalentes de HVT vectored recombinantes. Outras cepas de vacina MDV, como SB-1 e CVI988, outros herpesviruses aviária, incluindo vírus da laringotraqueite infecciosa e pato enterite e também outros vírus aviária de DNA, tais como o vírus da varíola e adenovírus, também podem ser projetadas usando o mesmo abordagem para desenvolvimento de vacina recombinante multivalentes. O desenvolvimento de novas vacinas em vetor multivalentes usando a plataforma do sistema CRISPR/Cas9 descrita aqui será altamente benéfico para a indústria de aves de capoeira proteger contra várias doenças de aves de capoeira.
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecer a Pippa Hawes ajuda com a imagem latente confocal. Este projecto foi apoiado pela biotecnologia e biológicos Sciences Research Council (BBSRC) concede BBS/E/eu/00007034 e BB/L014262/1.
M199 medium, Earle's Salts | Life technology | 11150059 | cell culture medium |
Fetal Bovine Serum | Sigma | F0926 | cell culture medium |
Penicillin and Streptomycin | Life technology | 15140148 | antibiotics |
Fungizone | Sigma | 1397-89-3 | antifunigal |
Tryptose Phosphate Broth | Sigma | T8782 | cell culture medium |
HVT Fc126 strain | Avian Disease and Oncology Laboratory | wildtype HVT virus | |
pX459-v2 | Addgene | Plasmid #62988 | Cas9 and gRNA expression vector |
pGEM-T Easy Vector Systems | promega | A1360 | donor vector cloning |
Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells | Invitrogen | 18265-017 | transformation |
PacI | NEB | rR0547S | donor vector cloning |
SfiI | NEB | R0123S | donor vector cloning |
T4 DNA Ligase | NEB | M0202S | cloning |
QIAprep Spin Miniprep Kit | QIAGEN | 27106 | plasmid extraction |
TransIT-X2 | Mirus | MIR 6004 | transfection |
Cell Culture 6-well Plate | Thermofisher | 140675 | cell culture |
GoTaq Master Mixes | Promega | M7123 | junction PCR amplification |
Platinum Pfx DNA Polymerase | Thermofisher | 11708021 | PCR amplification of full insert |
Goat anti-Chicken IgY (H+L) Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11039 | immunoflourescence staining |
Goat anti-Mouse IgG Antibody, Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A-11004 | immunoflourescence staining |
Confocal laser scanning microscope | Leica Microsystems | Leica TCS SP5 LASAF | immunoflourescence |
FACS cell sorter | BD biosciences | BD FACSAria | single cell sorting |
Paraformaldehyde (4% in PBS) | Santa cruz biotechnology | SC-281692 | cell fixation |
Triton X-100 | GeneTex | GTX30960 | permeabilization |