Summary

KSHV感染细胞中特定基因产物的定量原位荧光杂交(FISH)和免疫荧光(IF)

Published: August 27, 2019
doi:

Summary

我们描述了一种利用荧光原位杂交(FISH)来可视化被神经感染的人体细胞中的多种疱疹病毒RNA的协议,无论是悬浮的还是粘附的。该协议包括荧光的定量,产生核细胞质比,并可扩展用于同时可视化具有免疫荧光(IF)的宿主和病毒蛋白。

Abstract

机械洞察力来自对特定RNA和蛋白质的仔细研究和定量。这些生物分子在特定时间在整个细胞中的相对位置可以通过荧光原位杂交(FISH)和免疫荧光(IF)捕获。在溶性疱疹病毒感染过程中,病毒劫持宿主细胞以优先表达病毒基因,导致细胞形态和生物分子行为发生变化。Lytic 活动以核工厂为中心,称为病毒复制隔间,仅与 FISH 和 IF 一起可辨别。在这里,我们描述了一个适应RNA FISH和IF技术卡波西的肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)感染细胞,无论是粘附的还是悬浮的。该方法包括特定抗感寡核苷酸、双RNA FISH、带IF的RNA FISH和荧光强度定量计算的步骤。该协议已成功应用于多种细胞类型、未感染细胞、潜伏细胞、溶酶细胞、时间过程和用抑制剂处理的细胞,以分析来自人类宿主和KSHV.

Introduction

在其溶性(活性)阶段,疱疹病毒劫持宿主细胞,导致细胞形态和生物分子的定位变化,以产生病毒。手术的基础是细胞核,其中双链DNA病毒基因组被复制并包装成一个蛋白质外壳,称为辣椒1。首先,病毒表达自己的蛋白质,劫持宿主机制,防止非必需宿主基因的表达,这个过程称为宿主关闭效应。这种活动的大部分被局部化为特定的4°,6-二酰胺-2-phenyinole(DAPI)无核区域称为病毒复制隔间,由宿主和病毒蛋白、RNA和病毒DNA2组成。细胞经过大修,为复制舱提供空间和资源,从而组装病毒辣椒。一旦辣椒离开细胞核,细胞质中如何包裹辣椒,产生膜结合的病毒颗粒,也称为病毒,目前还不清楚。了解宿主和病毒生物分子在溶质阶段中的定位和空间变化,有助于深入了解复制舱的排列、宿主关闭效应、病毒-出口通路和其他与疱疹病毒感染和复制相关的过程。

目前,检测和研究这些变化的最佳方法是分别对免疫荧光(IF)和荧光原位杂交(FISH)受感染细胞中的蛋白质和RNA进行可视化。使用这些技术的时间过程揭示了生物分子在lytic相的关键点或简单的时空数据的定位。FISH 和 IF 补充了其他生化技术,例如抑制细胞过程(例如抑制病毒DNA复制)、RT-qPCR(实时聚合酶链反应)、RNA 测序、北方印迹、质谱法、西方印迹和分析病毒DNA的产生,这可能提供一个更全球性的细胞活动图景。

我们开发了RNA FISH策略来检查来自特定基因的RNA产物,并进行了定量计算特定基因产物核细胞质比的计算分析。从Steitz和同事3,4的早期出版物中修改的样品制备相对容易,可用于粘附细胞和悬浮细胞。该协议还适用于同时使用多个RNA FISH策略(双RNA FISH)或RNA FISH与IF策略。制定具体的 FISH 战略具有挑战性,但概述了提高成功性的建议。如果使用荧光珠和隔间边界的强标记,并且提供对显微图的更多洞察,从而消除观测偏差,则此处描述的数据分析是定量的。详细方案是专为受卡波西肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)感染的潜伏细胞和溶血细胞而设计的,可用于未感染的细胞或其他疱疹病毒感染的细胞5。定量方法适用于大多数细胞中核细胞质转移或亚细胞间重新定位的研究。

Protocol

1. 原位荧光(FISH)抗感寡核苷酸,以检测特定的疱疹病毒记录仪 从感兴趣的RNA序列中选择25到40个nt段,并转换为抗感。成功的FISH策略可能包含多达十种或更多不同的反义寡核苷酸。选择序列时,请考虑以下事项: 如果感兴趣的RNA包含一个独特的重复区域,则利用此功能并设计一个抗感寡核苷酸以靶向重复序列。注:Tycowski 和同事5提供了此策略的示例,包括河?…

Representative Results

本手稿中详述的 FISH 和 IF 方法如图1所示,以及按荧光强度线痕迹对结果进行量化。这里给出的结果是半定量的,提供了对定位的洞察,而不是不同荧光污渍的强度的比较,因为实验在幻灯片制备中不包括荧光珠。图1还显示,细胞质和核区域及其比率对于潜伏和溶性KSHV感染细胞是不同的。因此,面积在图2</strong…

Discussion

本报告中描述的方案可以适应不同的细胞类型,包括使用单克隆和多克隆原抗体的IF双RNA FISH和RNA FISH的步骤。虽然制备的幻灯片通常使用共聚焦显微镜进行成像,但经过抗体浓度增加和不同的安装介质的修改后,可以使用 STED(刺激发射消耗)显微镜进行成像。为了增强对单个细胞的分析,使用该协议制备的样品也可以由细胞分拣器或流动细胞仪进行分类、成像和分析,变化不大,如Borah及其<sup c…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢乔纳森·罗登费尔斯、卡齐米尔兹·泰科夫斯基和约翰娜·威瑟斯就数据分析提供建议。我们还感谢G.海沃德的抗SSB抗体。这项工作得到了国家卫生研究院(TKV)和NIH赠款(CA16038)(JAS)的T32GM007223和T32AI055403的资助。JAS是霍华德·休斯医学研究所的研究员。图1-3和表1经美国微生物学会许可转载,从以下出版物获得知识共享归因许可:瓦莱里、T.K.、威瑟斯、J.B.、安多、斯蒂茨、J.A.卡波西的《萨科马联系》核病毒中的疱疹病毒mRNA积累受病毒DNA复制和病毒非编码多基因化核RNA的影响。病毒学杂志。92 (13), doi:10.1128/JVI.00220-18, (2018)。

Materials

AlexaFluor594-5-dUTP Life Technologies C1100
anti-DIG FITC  Jackson Lab Immunologicals 200-092-156
Anti-Rabbit Secondary AlexaFluor594 Monoclonal Antibody Invitrogen A-11037 Goat
Anti-SSB Antibody N/A N/A Ref. Chiou et al. 2002
BLASTn NIH NCBI N/A Free Sequence Alignment Software
Dextran Sulfate Sigma Aldrich D8906 Molecular Biology Grade
DIG-Oligonucleotide Tailing Kit Sigma Roche #03353583910 2nd Gen
Eight-Chamber Slides Nunc Lab Tek II #154453 Blue seal promotes surface tension but separation by clear gel is also available. 
Formamide Sigma Aldrich F9037 Molecular Biology Grade
GAPDH Probes Stellaris SMF-2019-1 Compatible with protocol, Quasar 670
ImageJ  NIH, Bethesda, MD N/A Free Image Analysis Software, [http:rsb.info.nih.gov/ij/]
OligoAnalyzer IDT N/A Free Oligonucleotide Analyzer 
pcDNA3 Invitrogen A-150228
pmaxGFP Amaxa VDF-1012
Poly L-Lysine Sigma Aldrich P8920
Terminal Transferase Sigma Roche #003333574001
Vanadyl Ribonucleoside Complexes  NEB S1402S
Vectashield Vector Laboratories, Inc.  H-1000 DAPI within the mounting media scatters the light and reduces contrast. 

References

  1. Amen, M. A., Griffiths, A. Packaging of Non-Coding RNAs into Herpesvirus Virions: Comparisons to Coding RNAs. Frontiers in Genetics. 2, 81 (2011).
  2. Schmid, M., Speiseder, T., Dobner, T., Gonzalez, R. A. DNA virus replication compartments. Journal of Virology. 88 (3), 1404-1420 (2014).
  3. Pawlicki, J. M., Steitz, J. A. Primary microRNA transcript retention at sites of transcription leads to enhanced microRNA production. Journal of Cell Biology. 182 (1), 61-76 (2008).
  4. Borah, S., Darricarrere, N., Darnell, A., Myoung, J., Steitz, J. A. A viral nuclear noncoding RNA binds re-localized poly(A) binding protein and is required for late KSHV gene expression. Public Library of Science Pathogens. 7 (10), e1002300 (2011).
  5. Tycowski, K. T., Shu, M. D., Borah, S., Shi, M., Steitz, J. A. Conservation of a triple-helix-forming RNA stability element in noncoding and genomic RNAs of diverse viruses. Cell Reports. 2 (1), 26-32 (2012).
  6. Weinberg, R. A., Penman, S. Small molecular weight monodisperse nuclear RNA. Journal of Molecular Biology. 38 (3), 289-304 (1968).
  7. Myoung, J., Ganem, D. Generation of a doxycycline-inducible KSHV producer cell line of endothelial origin: maintenance of tight latency with efficient reactivation upon induction. Journal of Virology Methods. 174 (1-2), 12-21 (2011).
  8. Brulois, K. F., et al. Construction and manipulation of a new Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus bacterial artificial chromosome clone. Journal of Virology. 86 (18), 9708-9720 (2012).
  9. Sturzl, M., Gaus, D., Dirks, W. G., Ganem, D., Jochmann, R. Kaposi’s sarcoma-derived cell line SLK is not of endothelial origin, but is a contaminant from a known renal carcinoma cell line. International Journal of Cancer. 132 (8), 1954-1958 (2013).
  10. Chiou, C. J., et al. Patterns of gene expression and a transactivation function exhibited by the vGCR (ORF74) chemokine receptor protein of Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus. Journal of Virology. 76 (7), 3421-3439 (2002).
  11. Cole, R. W., Jinadasa, T., Brown, C. M. Measuring and interpreting point spread functions to determine confocal microscope resolution and ensure quality control. Nature Protocols. 6 (12), 1929-1941 (2011).
  12. Nakamura, H., et al. Global changes in Kaposi’s sarcoma-associated virus gene expression patterns following expression of a tetracycline-inducible Rta transactivator. Journal of Virology. 77 (7), 4205-4220 (2003).
  13. Majerciak, V., Yamanegi, K., Zheng, Z. M. Gene structure and expression of Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus ORF56, ORF57, ORF58, and ORF59. Journal of Virology. 80 (24), 11968-11981 (2006).
  14. Sun, R., Lin, S. F., Gradoville, L., Miller, G. Polyadenylylated nuclear RNA encoded by Kaposi sarcoma-associated herpesvirus. Proceedings of the National Academy Sciences U S A. 93 (21), 11883-11888 (1996).
  15. Vallery, T. K., Withers, J. B., Andoh, J. A., Steitz, J. A. Kaposi’s Sarcoma-Associated Herpesvirus mRNA Accumulation in Nuclear Foci Is Influenced by Viral DNA Replication and Viral Noncoding Polyadenylated Nuclear RNA. Journal of Virology. 92 (13), (2018).
  16. Borah, S., Nichols, L. A., Hassman, L. M., Kedes, D. H., Steitz, J. A. Tracking expression and subcellular localization of RNA and protein species using high-throughput single cell imaging flow cytometry. RNA. 18 (8), 1573-1579 (2012).
  17. Bruce, A. G., et al. Quantitative Analysis of the KSHV Transcriptome Following Primary Infection of Blood and Lymphatic Endothelial Cells. Pathogens. 6 (1), (2017).
  18. Chen, C. P., et al. Kaposi’s Sarcoma-Associated Herpesvirus Hijacks RNA Polymerase II To Create a Viral Transcriptional Factory. Journal of Virology. 91 (11), (2017).

Play Video

Citer Cet Article
Vallery, T. K., Steitz, J. A. Quantitative Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) and Immunofluorescence (IF) of Specific Gene Products in KSHV-Infected Cells. J. Vis. Exp. (150), e59697, doi:10.3791/59697 (2019).

View Video