اللقاحية مراسل الفيروسات لقياس وظيفة الفيروسية في جميع مراحل التعبير الجيني
Summary
وصفنا استخدام مراسل الفلورسنت فيروس اللقاحية التي تمكن قياس الوقت الحقيقي من العدوى الفيروسية والتعبير الجيني من خلال التعبير مرحلة محددة من fluorophores مراسل متميزة طيفيا. نحن بالتفصيل طريقة القائمة على لوحة لتحديد بدقة المرحلة التي يتأثر تكاثر الفيروس ردا على تثبيط جزيء صغير.
Abstract
فيروسات الجدري هي عائلة من الفيروسات الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل التي تشمل مسببات الأمراض البشرية النشطة مثل جدري القرود، المليساء contagiousum، وفيروس Contagalo. ويشمل الأسرة أيضا فيروس الجدري، الجدري. نظرا لتعقيد تكرار الفيروسة الجدرية، العديد من الأسئلة لا تزال قائمة بشأن استراتيجيتهم التعبير الجيني. في هذه المادة ونحن تصف وضع تصور واستخدام الفيروسات اللقاحية المؤتلف التي تمكن قياس الوقت الحقيقي من مراحل واحدة ومتعددة في التعبير الجيني الفيروسي في شكل عالية الإنتاجية. يتم تمكين هذا من خلال استخدام البروتينات الفلورية متميزة طيفيا كما صحفيين لكل من ثلاث مراحل من تكاثر الفيروس. توفر هذه الفيروسات على نسبة عالية إشارة إلى الضوضاء مع الحفاظ على أنماط محددة المرحلة التعبير، وتمكين المقايسات القائمة على لوحة والملاحظات المجهرية من انتشار الفيروسات والنسخ المتماثل. هذه الأدوات لها استخدامات لاكتشاف فيروسات، ودراسات للتفاعل الفيروس المضيف، والبيولوجية التطوريةبليد الحركة.
Introduction
تقليديا، يتم درس التعبير الفيروس باستخدام تقنيات البيولوجيا الجزيئية (مثل النشاف الشمالية، النشاف الغربية، ميكروأري التهجين، الخ) 1. في حين أن هذه الأساليب هي قادرة على توفير معلومات مفصلة فيما يتعلق بتصنيف التغييرات التعبير عن mRNAs والفردية أو البروتينات، فإنها عادة ما تكون غير قابلة للعمليات في الوقت الحقيقي والإنتاجية العالية. وقد تم تطبيق النهج البديلة باستخدام صحفيين القائم على مضان سابقا عند العمل مع فيروسات الجدري؛ ومع ذلك، فقد كان الدافع تنميتها واستخدامها من قبل أهداف متنوعة. تم تصميم العديد من هذه الأساليب للاختيار من الفيروسات المؤتلف 2،3. هذه التقنيات التعبير عن EGFP عند التأسيس السليم والتعبير من الحمض النووي من الحيوانات المستنسخة الخارجية اللقاحية المؤتلف. وبالمثل، عدة سلالات اللقاحية معربا عن ثابت للذوبان EGFP أو البروتينات GFP الموسومة أعرب تحت اللقاحية المروج الأصلي قد استخدمت على نطاق واسع. هذه هي الطباعically تستخدم لتحديد دخول الفيروس وتكرارها خلال فحوصات تحييد الأجسام المضادة على أساس، وتثبيط المواد الكيميائية، أو المقارنة بين فعالية المضادة للفيروسات 4-6. في حين أثبتت هذه الفيروسات مفيدة، فهي محدودة في قدرتها على تقديم معلومات مفصلة عن وجهة تثبيط بسبب استخدامها لغامضة في وقت مبكر / متأخر المروج الفيروسية واحد. جعلت الطرق السابقة أيضا استخدام البروتين EGFP مع الإشارة إلى الضوضاء الخصائص الأمثل.
نظرا لتعقيد تكرار الفيروسة الجدرية وعدم وجود الأدوات المتوافرة لفحص التغييرات في الوقت الحقيقي في التعبير الجيني الفيروسي، وقد وضعنا مجموعة من الفيروسات واحد ومتعدد مراسل المرحلة 7،8. كما هو موضح في المنشورات السابقة، هذه الفيروسات تعبير عن واحد أو اثنين أو ثلاثة البروتينات الفلورية متميزة طيفيا من المروجين اللقاحية الأم خلال وقت مبكر، ومراحل وسيطة، أو في وقت متأخر من العدوى. هذه الفيروسات يمكن أن يكون لناإد كمؤشرات للفيروس التقدم النسخ المتماثل باستخدام المجهر مضان وأنهم على قدم المساواة مناسبة تماما لوحة وقارئ مقرها المقايسات الإنتاجية العالية. هذه الفيروسات هي سهلة الاستخدام في مكان النوع البري الفيروس، وتزايد مع حركية مماثلة لتصل إلى ما يعادل 7 التتر. خلال تخطيط وإنشاء هذه الفيروسات، واتخذت الكثير من الرعاية في اختيار fluorophores التي لها خصائص عالية إشارة إلى خلفية قابلة للطي مع كفاءة متفوقة على تسهيل الكمي موثوق بها مع ردود الفعل السريعة للتغيرات في التعبير (فينوس، mCherry وTagBFP). بالإضافة إلى ذلك، تم اختيار مجموعات من المروجين الفيروسية التي تنتج الدقة العالية، لا لبس فيها التعبير مرحلة محددة، وتوفير المعلومات حول مجموعة كاملة من وقت مبكر (C11R المروج) والمتوسطة (G8R المروج) وأواخر (F17R المروج) التعبير الجيني، على النقيض من غامض المروجين المبكر / في وقت متأخر.
ويمكن لهذه الفيروسات أن تستخدم كأداة لإنفيتقصى دورة حياة تنميط الفيروسة الجدرية، فيروس اللقاحية. الكثير لا يزال غير معروف عن التفاعل المضيفة للفيروس على الرغم من تاريخها الطويل من الدراسة. اللقاحية معقدة، وتنتج أكثر من 200 بروتينات فريدة من نوعها، وكثير منها المناعية واستضافة عدائية. على العدوى، يبدأ الفيروس في وقت مبكر اللقاحية فورا مرنا النسخ. ومما يسهل هذا من قبل البلمرة الحمض النووي الريبي والنسخ العوامل التي تم تحميلها على الجينوم الفيروسي خلال التعبئة والتغليف الفيريون والذي عقد في دولة مؤقتا حتى عدوى لاحقة. هذا التعبير في وقت مبكر تنتج أساسا من البروتينات اللازمة لقمع نظام المناعة المضيف (مرنا decapping، عزل الرنا المزدوج الجديلة، والبروتينات مستقبلات شرك وكذلك مثبطات موت الخلايا المبرمج، استجابة الإجهاد، وتول، IL، وNF كيلوبايت إشارات) وتكرار الجينوم. التعبير المبكر تنتج أيضا عوامل النسخ اللازمة للتعبير وسيطة. ويشمل تعبير وسيطة للتعبير عن العوامل أواخر مرحلة النسخ. هذاالتعبير تتالي يؤدي إلى إنتاج بروتينات الفيروس الهيكلية والأنزيمية خلال المراحل المتأخرة من العدوى، والتي هي ضرورية لتجميع كامل للاللقاحية الفيريون ناضجة.
لدينا مجموعة من الفيروسات مراسل الفلورسنت يسمح للتقدم السريع الذي سيدلي في فهم علم الأحياء الفيروسة الجدرية. إحدى الطرق الأكثر شيوعا وتستغرق وقتا طويلا في مجال علم الفيروسات هو فحص النمو. هذا عادة ما ينطوي على اصابة الخلايا، بسن سلسلة من العلاجات، وفيروس الحصاد من قبل lysing الخلايا المصابة، وقياس عيار الفيروسية الناتجة عن طريق فحص اللوحة. باستخدام الفيروسات مراسل الموصوفة هنا يسمح قياس الوقت الحقيقي للنمو الفيروس الذي يمكن أن يعاير بسهولة ومقارنة بين العديد من العلاجات يقوم بالتوازي. نتوقع هذه المجموعة من الكواشف سيتم استخدامها في بروتوكولات مختلفة لتحديد التغيرات في التعبير الجيني الفيروسي في الاستجابة للعلاج بالعقاقير، رني كnockdown، أو تقييد نطاق المضيف.
هذه الطريقة تمكن أيضا تحليل عالية المحتوى على نطاق أوسع مما كان متاحا في السابق، مما يسمح للشاشات العقاقير المضادة للفيروسات الإنتاجية العالية لمراحل محددة تحديدا الهدف من الفائدة. في حين تم التعرف على العديد من العلاجات المحتملة لمكافحة عدوى الفيروسة الجدرية، وافقت ادارة الاغذية والعقاقير فقط علاجات فعالة لعلاج عدوى الفيروسة الجدرية هي نوكليوزيد اللاحلقية فسفونات، السيدوفير، والعلاج المناعي مع اللقاحية الجلوبيولين 9،10. على الرغم من القضاء على الجدري في عام 1977 11، تظل فيروسات الجدري خطرا كبيرا على صحة الإنسان 12. وقد أدى وقف انتشار التطعيم ضد فيروس الجدري إلى زيادة التعرض لفيروسات الجدري الأخرى 13. على سبيل المثال، مناطق وسط أفريقيا محمية من قبل التطعيم تشهد طفرة في فيروس جدري القردة الإصابات 14. وكان مصدر قلق كبير أيضاالمثارة بشأن قابلية كامنة لإطلاق المتعمد للفيروس الجدري. ويرجع ذلك إلى العلاجات المتاحة حاليا محدودة، وهناك حاجة ملحة لتطوير علاجات جديدة. هذه الفيروسات مراسل تسمح فحص جزيء صغير المانع السريع والإنتاجية العالية لتثبيط مرحلة معينة من تكاثر الفيروس. سوف تحديد مثبطات التي تستهدف المراحل التعبير الفيروسية حاليا لا هدف تثبيط تسهيل تطوير علاجات تركيبة مع زيادة رجولية.
الكثير يمكن استخلاصها حول اللقاحية بيولوجيا الخلية من خلال مراقبة التغيرات في التعبير الجيني في كل مرحلة. وعادة ما يتم التعبير عن التوهين بواسطة مادة كيميائية أو التلاعب الجيني للخلية المضيفة المصابة من حيث انخفاض التتر الفيروسية. ومع ذلك، من خلال مقارنة التغيرات في كل مرحلة من مراحل سلسلة التعبير الفيروسية، يمكن للمرء الحصول على فهم أكثر اكتمالا لكيفية تأثير الفيروس هو اللياقة البدنيةإد عن طريق علاج خاص. وقد تبين أن هذه البيانات أنها تتطابق جيدا مع الإخراج عيار الفيروس التقليدية، ولكن تقديم معلومات أكثر تفصيلا الآلية فضلا عن قدرات إنتاجية عالية 7.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا، لقد وصف الاستخدام العملي لمرحلة متعددة مراسل اللقاحية الفيروس (TrpV)، والذي يوفر، في الوقت الحقيقي التدابير ردود فعل استنساخه من تكاثر الفيروس. باستخدام الفيروسة الجدرية مثبطات محددة جيدا، وكنا قادرين على إظهار أن TrpV يستجيب بطريقة متسقة مع آلية عمل ليفهم كل مثبط….
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر بشؤون تكنولوجيز (كورفاليس، OR) لتوفير ST-246. وأيد DKR من منحة تدريب المعاهد الوطنية للصحة في علم المناعة في جامعة بوسطن (5T32AI 7309). وأيد هذا العمل في جزء من P41 086180، المعاهد الوطنية للصحة RO1AI1096159-01، وRO3 (لJHC).
Materials
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11995-065 | |
| Fetal Bovine Serum – Optima, Heat Inactivated (FBS) | Atlanta Biologicals | S12450H | |
| 200 mM L-Glutamine, (L-glut) | Gibco | 25030-081 | |
| 96 Well Flat Clear Bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates | Corning | 3603 | |
| 384 Well Flat Clear Bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates | Corning | 3712 | |
| Trypsin, 2X, Sterile, Irradiated | Worthington Biochemical Corp. | TRLVMF | |
| Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Gibco | 10010-023 | |
| Dimethyl Sulfoxide, Cell Culture (DMSO) | American Bioanalytical | AB03091 | |
| 1-β-D-Arabinofuranosylcytosine (AraC), MW= 280 g/mol | SigmaAldrich Co | C6645 | |
| isatin β -thiosemicarbazone (IBT), MW= 234 g/mol | Fisher Scientific | NC9075202 | |
| Rifampicin, MW= 823 g/mol | SigmaAldrich Co | R3501 | |
| ST-246, MW= 376 g/mol | SIGA Labs, Corvallis, OR | ||
| 8% Paraformaldehyde (formaldehyde) aqueous solution | Electron Microscopy Sciences | 157-8 | |
| TempPlate RT optically clear film | USA Scientific | 2978-2700 | |
| Opti-MEM Reduced Serum Medium | Gibco | 31985-070 |
Riferimenti
- Yen, J., Golan, R., Rubins, K. Vaccinia virus infection & temporal analysis of virus gene expression: part 1. J Vis Exp. 26 (26), (2009).
- Hansen, S. G., Cope, T. A., Hruby, D. E. BiZyme: a novel fusion protein-mediating selection of vaccinia virus recombinants by fluorescence and antibiotic resistance. BioTechniques. 32 (5), 1182-1187 (2002).
- Popov, S., Mirshahidi, S., Essono, S., Song, R., Wang, X., Ruprecht, R. M. Generation of recombinant vaccinia viruses via green fluorescent protein selection. DNA and Cell Biology. 28 (3), 103-108 (2009).
- Bartee, E., Mohamed, M. R., Lopez, M. C., Baker, H. V., McFadden, G. The addition of tumor necrosis factor plus beta interferon induces a novel synergistic antiviral state against poxviruses in primary human fibroblasts. Journal of Virology. 83 (2), 498-511 (2009).
- Ward, B. M., Moss, B. Visualization of intracellular movement of vaccinia virus virions containing a green fluorescent protein-B5R membrane protein chimera. Journal of Virology. 75 (10), 4802-4813 (2001).
- Johnson, M. C., Damon, I. K., Karem, K. L. A rapid, high-throughput vaccinia virus neutralization assay for testing smallpox vaccine efficacy based on detection of green fluorescent protein. Journal of Virological Methods. 150 (1-2), 14-20 (2008).
- Dower, K., Rubins, K. H., Hensley, L. E., Connor, J. H. Development of Vaccinia reporter viruses for rapid, high content analysis of viral function at all stages of gene expression. Antiviral Research. 91 (1), 72-80 (2011).
- Dower, K., et al. Identification of a pyridopyrimidinone inhibitor of orthopoxviruses from a diversity-oriented synthesis library. Journal of Virology. 86 (5), 2632-2640 (2012).
- De Clercq, E. Clinical Potential of the Acyclic Nucleoside Phosphonates Cidofovir, Adefovir, and Tenofovir in Treatment of DNA Virus and Retrovirus Infections. Clinical Microbiology Reviews. 16 (4), 569-596 (2003).
- Prichard, M. N., Kern, E. R. Orthopoxvirus Targets for the Development of New Antiviral Agents. Antiviral Research. 10, (2012).
- Fenner, F. A successful eradication campaign. Global eradication of smallpox. Reviews of Infectious Diseases. 4 (5), 916-930 (1982).
- Breman, J. G., Henderson, D. A. Poxvirus dilemmas–monkeypox, smallpox, and biologic terrorism. The New England. Journal of Medicine. 339 (8), 556-559 (1998).
- Baker, R. O., Bray, M., Huggins, J. W. Potential antiviral therapeutics for smallpox, monkeypox and other orthopoxvirus infections. Antiviral Research. 57, 1-2 (2003).
- Rimoin, A. W., et al. Major increase in human monkeypox incidence 30 years after smallpox vaccination campaigns cease in the Democratic Republic of Congo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U S A. 107 (37), 16262-167 (2010).
- Sodeik, B., Griffiths, G., Ericsson, M., Moss, B., Doms, R. W. Assembly of vaccinia virus: effects of rifampin on the intracellular distribution of viral protein p65. Journal of Virology. 68 (2), 1103-1114 (1994).
- Grosenbach, D. W., Jordan, R., Hruby, D. E. Development of the small-molecule antiviral ST-246 as a smallpox therapeutic. Future Virology. 6 (5), 653-671 (2011).
- Broyles, S. S. Vaccinia virus transcription. Journal of General Virology. 84 (9), 2293-2303 (2003).
- Condit, R. C., Niles, E. G. Regulation of viral transcription elongation and termination during vaccinia virus infection. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Gene Structure and Expression. 1577 (2), 325-336 (2002).
- Díaz-Guerra, M., Rivas, C., Esteban, M. Inducible expression of the 2-5A synthetase/RNase L system results in inhibition of vaccinia virus replication. Virology. 227 (1), 220-228 (1997).
- Cohrs, R. J., Condit, R. C., Pacha, R. F., Thompson, C. L., Sharma, O. K. Modulation of ppp(A2’p)nA-dependent RNase by a temperature-sensitive mutant of vaccinia virus. Journal of Virology. 63 (2), 948-951 (1989).
- Sánchez-Puig, J. M., Sánchez, L., Roy, G., Blasco, R. Susceptibility of different leukocyte cell types to Vaccinia virus infection. Virology Journal. 1 (1), (2004).
- Bengali, Z., Satheshkumar, P. S., Yang, Z., Weisberg, A. S., Paran, N., Moss, B. Drosophila S2 cells are non-permissive for vaccinia virus DNA replication following entry via low pH-dependent endocytosis and early transcription. PLoS One. 6 (2), (2011).
