Biz burada HBV DNA vitro nesil bir Hepatit B virüs enfeksiyonu sistemi üzerinden tarif ve tersini kullanarak (1-2 kopya) entegrasyonu son derece hassas tespiti PCR iç içe.
Hepatit B virüsü (HBV) karaciğer kanseri ve karaciğer sirozu kronik enfeksiyon sonucu neden ortak bir kan kaynaklı patojen var. Virüs genellikle bir episomal DNA ara çoğaltır; Bu formu viral çoğaltma için gerekli olmadığı halde ancak, ana bilgisayar genom HBV DNA parçalarının entegrasyonu gözlenmiştir. Tam olarak amacı, zamanlaması ve hangi HBV DNA tarafından tümleştirme oluşur mechanism(s) olduğunu henüz net ama son veri değil göstermek çok erken enfeksiyon sonra oluşur. Burada, vitro üretimi ve HBV DNA entegrasyonlar tespiti ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bizim iletişim kuralı özellikle tek bol-in virüs-hücre DNA entegrasyonlar güçlendirir ve mutlak miktar ve kavşak sıra tek-baz çifti çözümü sağlar. Bu teknik (birincil insan tetkikine de dahil olmak üzere), çeşitli HBV-duyarlı hücre tipleri için çeşitli HBV mutantlar için ve çeşitli uyuşturucu Etkilenmeler ile birlikte uygulanmıştır. Biz bu klinik olgusunun temel moleküler mekanizmaları belirlemek için anahtar bir tahlil olma Bu teknik öngörüyoruz.
HBV yaşam boyu süren kronik enfeksiyon neden olabilir bir çift iplikçikli DNA virüs karaciğer siroz ve hepatosellüler karsinom (HCC)1,2,3‘ e en önemli biri. Orada iken sürüş HBV sebat4 (Örneğin, epigenetik viral transkripsiyon şablonunun yüksek kararlılık), kaçırma immün gözetim ve düşük ciro hepatosit karaciğer ve onun ilişkili birden çok moleküler mekanizmaları risk HCC başlatma5,6 (Örneğin, kronik inflamasyon ve hücresel yolları stres aktivasyonu), konak hücre genomu (her ikisi de bu olgu için bildirilen bir mekanizma) entegrasyon HBV DNA kötü çalışılmıştır . HBV tümleştirme olayların güvenilir algılama izin uygun vitro enfeksiyon sistemlerde eksikliği önemli bir nedendir. Burada, biz son zamanlarda geliştirilen iletişim kuralı vitro üretimi ve temel moleküler mekanizmaları ve bunların sonuçları aydınlatmak için kullanılan HBV DNA entegrasyonlar tespiti için açıklamak.
HBV çoğaltma ve HBV DNA tümleştirme oluşumu önceden gözden ayrıntı7‘ de. Kısaca, HBV enfeksiyonu8,9için ana hücresel reseptör sodyum Taurocholate Co-transporting peptid (NTCP) kullanarak tetkikine girer. HBV rahat dairesel DNA (rcDNA) içeren HBV nucleocapsids genom çekirdeği, rcDNA episomal kovalent kapalı dairesel DNA (cccDNA) nerede dönüştürülür girer. Nükleer cccDNA viral mRNA’ların ve önceden genomik RNA (pgRNA)10için transkripsiyon şablon gibi davranır. HBV polimeraz ve pgRNA yeni kurulan nucleocapsids (HBV çekirdek protein dimer oluşan) hazırlanmıştır. HBV pgRNA ters bir rcDNA genom ya da bir çift iplikçikli lineer DNA (dslDNA) genom11,12kaynaklanan nükleokapsid içinde transkripsiyonu var. HBV DNA genleri içeren bu olgun nucleocapsids sonunda saran ve virions verilebilir.
Hepatositlerin saran parçacıklar dslDNA molekülleri içeren tarafından enfeksiyon viral entegrasyon HBV DNA7,14,15çoğaltma-beceriksiz formlar için önde gelen ana hücre genomu13, içine neden olabilir. HBV DNA ile tümleştirme kromozom çift iplikçikli DNA sonları15sitesinde oluşur. Kanıt biriken her tümleştirme olayı konak hücre genomu16,17içinde temelde rasgele bir pozisyonda oluşur öneriyor. Buna ek olarak, HBV DNA ile tümleştirme, biraz oluşur nadiren, 1-104 hücreleri13,18,19,20oranında. HBV DNA entegrasyonu ile ilgili önemli sorular cevapsız, özellikle tam moleküler yollar dahil, viral bağımlılığını ve ana faktörler, entegre formları ve olası katkılarından ifade viral antijenler ile ilgili olarak kalır viral sebat7‘ ye. Biz bu sorulardan bazıları ışık tutacak bir vitro modelini belirledik.
HBV DNA tümleştirme olaylarda (entegrasyon oranı hücre başına ve her benzersiz tümleştirme kopya sayısı açısından hem de) vitro HBV enfeksiyonu nadir yapmak onları tespit etmek zor modelleri. Sayesinde bunun bölünen hücreler verimli enfeksiyon desteklemeyen gibi hücre mitoz vitro sistemimizde sınırlıdır. Böylece, aksine tetkikine önemli klonal genişleme18,19,oluştuğu hastanın karaciğer dokularda20, kaç (1-2) kopya her entegrasyon hücreleri belirli bir havuzda mevcuttur çok vitro enfekte . Entegrasyon özellikle sırasında ilk enfeksiyon tetkikine (ve değil sürekli kronik olarak enfekte tetkikine)13oluşur de bulduk. Buna göre HBV DNA tümleştirme için daha uzun bir süre sadece hücre kültür tarafından yükseltilemez.
Genel olarak, daha önce Güney de dahil olmak üzere entegre HBV DNA algılamak için kullanılan bir yöntem blot hibridizasyon21,22,23,24,25, Alu-PCR26,27 , kaset-aracılı ligasyonu PCR28ve29,30,31,32,33, sıralama tüm genom algılamak için duyarlılık zorunda değilsiniz tek-entegrasyonlar kopyaları. Biz ve diğer araştırmacılar kullanmış ters iç içe ördek, dağ sıçanı ve insan enfekte karaciğerleri13,14,18,19, hepadnaviral DNA tümleştirme algılamak için PCR (invPCR) 34,35,36. Diğerleri invPCR teknik yanlış sinyalleri nesil alter ve miktar37için iznini kısıtlamak yordam değişiklikler girmiştik. Tahlil bu protokol için açıklandığı gibi yapılır, invPCR tanımlar ve (mutlak kopya numaraları) birden fazla HBV DNA entegrasyonlar quantifies özel ve hassas tahlil temsil eder. HBV-hücre DNA kavşak viral çalışmaların bioinformatical sağlayan bir tek-baz çifti çözünürlükte sıralı ve entegrasyon13siteler ana bilgisayar DNA dizileri.
Biz daha önce çok sayıda karaciğer doku ek donmuş, karaciğer bölümleri parafin gömülü ve son derece küçük doku örnekleri tarafından izole kaynaktan çıkarılan HBV DNA enfekte dokular invPCR sonuçlarından38 tarif var Lazer-mikrodiseksiyon19. Bu iletişim kuralı bir invPCR tahlil hücre kültürü elde edilen dokulardan Entegrasyonlar (entegrasyon başına 1-2 kopya) sayıda düşük kopya oluşturulduğu vitro enfeksiyon sonra çıkarılan DNA’yı kullanarak güncelleştirilmiş bir sürümünü özetliyor. HBV DNA oluşan entegrasyonlar vitro bu hücresel genom ve entegre13,16, viral dizisi içinde kavşak üzerinde kendi dağıtım ile ilgili hasta dokularda bulunan benzer düşündüren bir içinde virüslü bir karaciğer için karşılaştırılabilir yol.
Protokol gerçekleştirmeden önce bu invPCR tahlil son derece hassas bir teknik, tek DNA şablonu kopyalarını yükseltecek yeteneğine sahip olduğunu unutmamak gerekir. Bu nedenle, PCR ürünleri kirlenme sınırlama son derece önemlidir. PCR ürün kontaminasyon sınırlamak için genel stratejiler aşağıda belirtilmiştir. (i) yöntem farklı adımlar için fiziksel olarak ayrı alanda kurmak. Her alan ayrı laboratuvar mont olmalı ve bu alanları arasında hareket ederken eldiven değiştirilmelidir. Biz bu gibi yerlerde aşağıda sipariş için en büyük olasılıkla az kirlenmiş için listeledik: PCR ürün çıkarma ve sıralamanın tepki kurulum alanı (post-PCR); PCR şablonu ek ve alevli-pin (biz iyi sonuçlar ile decontaminating bir UV lamba PCR davlumbaz kullanmış) alan transfer; DNA ekstraksiyon ve inversiyon alan (pre-PCR); ve bir “DNA ücretsiz şablon” alan yalnızca stok ve PCR çözümleri hazırlamak için kullanılır. (ii) olmak hava akımı çapraz bulaşma potansiyel bir faktörü olarak laboratuarda farkında. Özellikle, çapraz bulaşma PCR reaksiyonların durumda PIN transfer adım sırasında oluşur ve -ecek büyük olasılıkla hatalı miktar tümleştirme frekans için kurşun. PCR davlumbaz bu çapraz akıntılar sınırlandırmak için kullanılabilir. PCR negatif kontrol wells (Örneğin, Myrcludex B tedavi örnekleri veya denetim şablonu yok), çapraz bulaşma için test etmek için de kullanılabilir. (III) potansiyel PCR kirletici pipetler üzerinde limit ve yüzeyler düzenli olarak onları silerek bir DNA bozulması çözüm çalışır.
Burada belirtilen iletişim kuralı HepAD38 hücre satırı42oluşturulan bilinen bulaşıcı HBV klon entegrasyonunu algılamak için ayarlandı. Kullanılan inoculum farklı HBV DNA dizisi (Örneğin, gelen hasta serumu) ise, o zaman HBV genomu ilk PCR astar ve inversiyon tasarım uyumluluğunu onaylamak için sıralı. Önceden yayınlanmış çalışmaları19HBV DNA tümleştirme kavşak beklenen sitenin kanat korunmuş HBV DNA dizileri bind astar 3 set kullanmış. Diğer astar dizileri ve protokolleri HBV44,45,46,47,48 genomik sırasını belirlemek için açıklanan ve başarılı bir şekilde çalışabilir.
Ayrıca, farklı HBV-duyarlı hücreleri (Örneğin, birincil insan tetkikine, farklılaşmış HepaRG, HepG2-NTCP)-ebilmek var olmak kullanılmış; Ancak, Huh7-NTCP hücreleri virüs-hücre sayısı güçlendirilmiş13yaşında virüs ara DNA için karşılaştırıldığında güçlendirilmiş DNA kavşak göz önünde bulundurarak en iyi sinyal-gürültü oranı sağlar bulduk. Özellikle, birincil insan tetkikine veya farklı HepaRG gibi ölümcül farklılaşmış hücreler verimli bir şekilde amplifiable HBV DNA ikileştirici ara ürün hücrelerin içinde kalan yüksek düzeyde sonuçlanan mitoz, tabi olmayan. ~ %90 güçlendirilmiş sıralarının HBV DNA düzenlemeler (ve değil entegrasyon olaylar) ölümcül Ayrıştırılan hücrelerde, hepatoma hücre hatları13‘ te % 70 – 50’ye göre temsil bulduk. Bu ürünler genellikle yüzey ve çekirdek çerçeveler okuma açık büyük silme işlemlerini içeren HBV DNA genleri vardır veya HBV yarı türler önceden Sphı site için site ek bir Astsubayile temsil edebilir. Amplifikasyon (Şematik diyagramı dahil) bu HBV türlerin açıklanan ayrıntılı olarak daha önce13.
Bu yöntem birçok dezavantajları vardır. Bu iletişim kuralı zahmetli ve çok günlük doğası nedeniyle, invPCR örnekleri, çok sayıda yüksek üretilen iş analizleri için uygun değildir. Ayrıca, seyreltme titrasyon sınırlama dayanıyor gibi bizim Yöntem miktar içinde son derece kesin değildir; Her ne kadar kolayca tümleştirme frekans günlük düzeyi değişiklikleri ölçmek gerekir,.
Ayrıca, bizim inversiyon Protokolü sadece HBV entegrasyonlar çoğunluğu içinde bu bölge49oluşurken HBV genomu DR2 ve DR1 bölge arasında meydana gelen entegrasyonlar algılamak için uygundur. NGS analiz HBV hasta dokuların büyük bir azınlık bu göstermiştir (~ 50 %’e kadar) bu bölge49dışında da oluşabilir. Yeni invPCR tasarımlar bunlar diğer tümleştirme siteleri algılamaya teorik olarak mümkün olsa da onlar değil (bizim bilgi için) olmuştur henüz yürütülmektedir. Relatedly, aşağı ters tepki için virüs hücreli kavşak serisinden gerekli gerekli Restriksiyon enzimi siteler nedeniyle invPCR HBV genomu DR2 ve DR1 bölgeler içinde meydana gelen bütün entegrasyonlar algılamaz (Yani, biz Bütün entegrasyonlar ~ %10 silico simülasyonlar13kullanarak algılanabilir olduğu tahmin). Ancak, farklı tedaviler az sayıda örnekleriyle odaklı bir dizi uygulandığında, invPCR entegre HBV DNA tek baz çifti çözünürlükte algılamak için sadece pratik yöntemleri biridir.
Biz bu nedenle uygulamaları cep (nakavt veya belirli hücresel genlerin overexpression, ya da üzerinden uygulama çeşitli ilaçların) ve çevre ( (mutasyonlar HBV inoculum), viral bulma konusunda önemli bir rol hizmet veren bu yöntemin öngörülüyor Örneğin, oksidatif stres maruz) HBV DNA entegrasyonu teşvik faktörler. Böylece iyi izole ve daha iyi karakterize olabilir bu yöntemi ve yeni geliştirilen HBV enfeksiyonu sistemleri ile bu faktörlerin benzersiz kontrol sağlar. Biz de bu HBV DNA tümleştirme, ne ölçüde viral antijenler (Örneğin, HBx veya HBsAg50) ne bu ifade denetleyen tümleşik formdan ifade edilir için de dahil olmak üzere hücresel sonuçlarını temel bir anlayış sağlayacaktır bekliyoruz, ve olup olmadığı HBV entegrasyon önemli ölçüde daha pro oncogenic bir duruma doğru hücresel fenotip değiştirir. Bu gelecekteki çalışmaların sonuçları kronik hepatit B tedavisinde kullanılan tedavi stratejileri ve virüs kendisi temel anlayış derin bir etkiye sahip olacaktır.
The authors have nothing to disclose.
Alman merkezinden finansman enfeksiyon araştırma (DZIF), TTU hepatit projeleri 5.807 ve 5.704, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) TRR179 için alınan bu eser (TP 15) ve HIV ve hepatit Viroloji araştırma Avustralya merkezi.
Biz Profesör William Mason için orijinal invPCR yöntemi geliştirmek ve bize gösteren onun parçası için borçlu bulunmaktadır. Drs. Yi Ni ve Florian A. Lempp kimyasalları (hücre satırları ve HBV inoculum) teşekkür etmek istiyorum. Teknik yardım için Anja Rippert, Franziska Schlund, Sarah Engelhardt ve Dr Katrin Schöneweis kabul edersiniz. Miriam için yazım denetleme Kleinig ve Profesör Nicholas Shackel ve Ralf Bartenschlager sürekli destek için minnettarız.
Dulbecco’s PBS | PAA | H15-002 | |
DMEM medium | Thermo Fisher Scientific | 41965 | |
Fetal bovine serum | PAA | A15-151 | Heat-inactivate before use |
Penicillin, 10000U/ml; Streptomycin 10mg/ml, 100× | PAA | P11-010 | |
L-glutamine, 200mM | PAA | M11-004 | |
Trypsin, 0.5 mg/ml; EDTA, 0.22mg/ml, 1× | PAA | L11-004 | |
PEG, MW 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | Stock at 40% w/v in 1xPBS, autoclave before use |
DMSO for spectroscopy | Merck | 102950 | |
Tenofovir disoproxil | Sigma-Aldrich | CDS021622 | Dissolve in DMSO |
Lamivudine | Sigma-Aldrich | L1295 | Dissolve in DMSO |
NucleoSpin Tissue kit | Macherey Nagel | 740952.250 | |
NanoDrop 2000/2000c Spectrolphotometer | Thermo Fisher Scientific | ND-2000 | |
NcoI-HF | NEB | R3193L | |
T4 DNA ligase | NEB | M0202T | |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | L3771 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | 433209 | |
Dextran (35 -45 kDa) | Sigma-Aldrich | D1662-10G | |
Absolute Ethanol | Sigma-Aldrich | 32205-1L-D | |
BsiHKAI | NEB | R0570L | |
SphI-HF | NEB | R3182L | |
Amplitaq Gold Taq kit | Thermo Fisher Scientific | 4331816 | Use for first nest PCR |
Silicon sealing Mats for 96-Well PCR Plates | Biorad | 2239442 | |
DNAZap PCR DNA Degradation Solution | Thermo Fisher Scientific | AM9890 | |
96-well PCR plates | Sigma Aldrich | CLS6509 SIGMA | |
96-pin replicator | Thermo Fisher Scientific | 250520 | |
GoTaq Flexi PCR kit | Promega | M8295 | Use for second nest PCR, use green buffer for easy loading of agarose gel |
Biozym LE Agarose | Biozym | 840004 | |
QIAEX II Gel extraction kit | QIAGEN | 20051 |