Summary

Análisis temporal de la translocación Nuclear-a-citoplásmico de una proteína del Virus 1 del Herpes simple por inmunofluorescencia microscopia Confocal

Published: November 04, 2018
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Summary

ICP0 sufre translocación nuclear-a-citoplásmico durante la infección de HSV-1. No se conoce el mecanismo molecular de este evento. Aquí describimos el uso de microscopio confocal como una herramienta para cuantificar el movimiento ICP0 infección por HSV-1, que establece las bases para el análisis cuantitativo de desplazamiento ICP0 en futuros estudios mecanicistas.

Abstract

Proteína de la célula infectada 0 (ICP0) del virus del herpes simple 1 (HSV-1) es una proteína principios inmediata que contiene una anillo tipo E3 ubiquitina ligasa. Es responsable de la degradación proteasomal de factores restrictivos de host y la activación de genes virales subsecuentes. ICP0 contiene una secuencia canónica de localización nuclear (NLS). Entra en el núcleo inmediatamente después de la síntesis de novo y ejecuta sus funciones de defensa del huésped contra principalmente en el núcleo. Sin embargo, más adelante en la infección, ICP0 se encuentra exclusivamente en el citoplasma, lo que sugiere la ocurrencia de un desplazamiento nuclear-a-citoplásmico durante la infección de HSV-1. Probablemente ICP0 desplazamiento permite ICP0 modular sus funciones según sus localizaciones subcelulares en fases diferentes de la infección. Con el fin de delinear la función biológica y mecanismo regulador de translocación nuclear-a-citoplásmico ICP0, modificamos un método de microscopia inmunofluorescente para supervisar tráfico ICP0 durante la infección de HSV-1. Este protocolo trata de coloración inmunofluorescente, microscopio confocal imagen y nuclear vs distribución citoplásmica análisis. El objetivo de este protocolo es adaptar las imágenes confocales estado estacionario en un curso de tiempo en una documentación cuantitativa del movimiento ICP0 durante la infección lítica. Proponemos que este método se puede generalizar para analizar cuantitativamente nuclear vs localización citoplásmica de otras proteínas virales o celulares sin la participación de tecnología de imagen vivo.

Introduction

Virus del herpes simple 1 (HSV-1) causa una amplia gama de leves a graves enfermedades herpéticas incluyendo herpes labial, herpes genital, encefalitis y queratitis stromal. Una vez infectado, el virus establece una infección latente de por vida en las neuronas de los ganglios. Ocasionalmente, el virus puede reactivarse por varios motivos como la fiebre, el estrés y la supresión inmune1, conduce a la infección por herpes recurrente. Proteína de la célula infectada 0 (ICP0) es un regulador viral clave crucial para lítica y latente la infección HSV-1. Transactivates virus aguas abajo genes por medio de contrarrestar el host intrínseca/innata defensas antivirales2,3. ICP0 tiene una actividad de ligasa de ubiquitina E3, que apunta a varios factores celulares de degradación proteasome-dependiente3. También interactúa con diversas vías de células para regular sus actividades y posteriormente compensar host antiviral restricciones3. ICP0 se sabe ubicar en diferentes compartimentos subcelulares como la infección procede de3,4,5. La proteína tiene una señal de arginina/lisina-ricos de localización nuclear (NLS) en residuos 500 a 5066. Sobre la síntesis de novo en la infección temprana por HSV-1, ICP0 se importa inmediatamente en el núcleo. Primero se detecta en una dinámica nuclear estructura denominado dominio nuclear 10 (ND10)7. La actividad de ligasa de ubiquitina E3 de ICP0 provoca la degradación de proteínas de organizador ND10, proteína de promyelocytic leucemia (PML) y proteína moteado 100 kDa (Sp100)8,9,10. Después de la pérdida de proteínas del organizador, ND10 cuerpos nucleares están dispersas y ICP0 se difunde para llenar el núcleo entero4,11.

Curiosamente, después del inicio de la replicación del DNA viral, ICP0 desaparece el núcleo. Únicamente se encuentra en el citoplasma, lo que sugiere la ocurrencia de un desplazamiento nuclear-a-citoplásmico en la infección de HSV-14,12. El requisito de la replicación del DNA implica la posible participación de una proteína viral finales para facilitar la translocación citoplásmica de HSV-1 ICP04,12. Al parecer ICP0 tráfico entre diferentes compartimentos durante la infección permite a ICP0 para modular sus interacciones a diversas vías celulares de una manera espacial y temporal, y por lo tanto coordinar sus múltiples funciones para ajustar el equilibrio entre la lítica y latente HSV-1 infección13. Para entender mejor ICP0 multifuncionalidad y la coordinación de dominios funcionales ICP0 durante la infección lítica, diseccionamos cuidadosamente la base molecular de la dinámica de desplazamiento ICP012. Para llevar a cabo el estudio de mecanismos previamente divulgados12, hemos aplicado un método de tinción inmunofluorescente para visualizar ICP0 localización subcelular en el estado de infección diferentes bajo el microscopio confocal. También hemos desarrollado un protocolo cuantitativo para analizar la nuclear vs citoplásmico distribución de ICP0 utilizando el software confocal. La población de células infectadas por HSV-1 se tabularon en las fases de la infección y se analizaron las tendencias de movimiento ICP0, bajo diferentes tratamientos bioquímicos12. Aquí describimos el protocolo detallado desplazamiento de documentos ICP0 en infección por HSV-1. Proponemos que este método puede ser adoptado como un método general para el estudio de la translocación citoplásmico nuclear vs otras proteínas virales o celulares, que puede servir como alternativa al vivo la proyección de imagen cuando la técnica de imagen vivo es inaplicable debido a problemas tales como etiquetado método, intensidad de la señal o abundancia de la proteína.

Protocol

1. célula siembra y la infección del Virus A 20 – 24 h antes de la infección del virus de la semilla 5 x 104 células de fibroblastos de pulmón embrionario humano (HEL) o de otras células para examinar en un portaobjetos escalonadas 11 mm 4 pozos en medio de cultivo (de Dulbecco modificado Eagle Medium (DMEM) suplementado con 10% bovino fetal suero (FBS)). Incube las células a 37 ° C con 5% dióxido de carbono (CO2).Nota: Cada bien debe tener confluencia de células de 70-80% …

Representative Results

Para entender la base molecular y funciones biológicas de la ICP0 se trata durante la infección de HSV-1, utilizamos un método de microscopia inmunofluorescente para analizar distribución subcelular ICP0 en fases diferentes de la infección. La figura 1 muestra las células representativas con distintivo ICP0 localización conforme avanza la infección. Para cuantificar la translocación nuclear-a-citoplásmico de ICP0, analizamos ICP0 distribución en re…

Discussion

Este protocolo se ha utilizado para el estudio de la translocación nuclear-a-citoplásmico de ICP0 HSV-1. ICP0 sufre tráfico subcelular durante la infección por HSV-1 (figura 1). Probablemente, ICP0 interactúa con diversas vías de la célula para llevar a cabo diferentes funciones en diferentes lugares. Esto permite ICP0 a la consonancia fina sus múltiples funciones en el tira y afloja con el huésped humano13. Sin embargo, cómo ICP0 coordina las múltiples fun…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos el apoyo financiero de una subvención del NIH (RO1AI118992) concedida a Haidong Gu. Agradecemos a la instalación de microscopía, la proyección de imagen y base de recursos de citometría (MICR) en Wayne State University para soporte técnico.

Materials

Cells and viruses
Human Embryonic Lung fibroblasts (HEL Cells) Dr. Thomas E. Shenk (Princeton University) HEL cells were grown in DMEM supplemented with 10% FBS
HSV-1 viral Stock (Strain F) Dr. Bernard Roizman Lab
Medium
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) Invitrogen  11965-092
Fetal Bovine Serum (FBS) Sigma F0926-500ml
Medium-199 (10X) Gibco 11825-015
Reagents
4- well 11 mm staggered slide Cel-Line/Thermofisher Scientific  30-149H-BLACK
16% Paraformaldehyde solution(w/v) Methanol free Thermo Scientific 28908
Triton X-100 Fisher reagents BP151-1C0
Bovine Serum Abumin (BSA) Calbiochem CAS 9048-46-8
Horse Serum Sigma H1270
Phosphate Buffered Saline (PBS) (137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, pH7.4) Dr. Haidong Gu lab
NaCl       Fisher Bioreagent BP358-212
KH2PO4             Fisher Bioreagent BP362-500
KCl              Fisher Scientific  BP366-500
Na2HPO4              Fisher Bioreagent BP332-500
Blocking buffer (PBS with 1% BSA and 5% Horse serum ) Dr. Haidong Gu lab
Rabiit Anti-ICP0 antibody Dr. Haidong Gu lab
PML (PG-M3)-Mouse monoclonal IgG santa Cruz Biotechnology SC-966
Alexa Fluor 594-goat anti-rabbit IgG invitrogen A11012
Alexa Fluor 488-goat anti-mouse IgG invitrogen A11001
Vectashield Mouting medium with DAPI Vector laboratories H-1200
Pasteur pipette Fisher Brand 13-678-20D
Nail Polish Sally Hansen
Equipment
Confocal Microscope Leica SP8
Confocal Software Leica LAS X Application suite
Excel software Microsoft Excel
HERAcell 150i CO2 incubator Thermo Scientific Order code 51026282

Riferimenti

  1. Whitley, R., Kimberlin, D. W., Prober, C. G., Arvin, A. Pathogenesis and disease. Human Herpesviruses: Biology, Therapy, and Immunoprophylaxis. , (2007).
  2. Roizman, B., Knipe, D. M., Whitley, R. J., Knipe, D. M., et al. Herpes simplex viruses. Fields’ Virology. , 1823-1897 (2013).
  3. Gu, H. Infected cell protein 0 functional domains and their coordination in herpes simplex virus replication. World Journal of Virology. 5 (1), 1-13 (2016).
  4. Lopez, P., Van Sant, C., Roizman, B. Requirements for the nuclear-cytoplasmic translocation of infected-cell protein 0 of herpes simplex virus 1. Journal of Virology. 75 (8), 3832-3840 (2001).
  5. Kawaguchi, Y., Van Sant, C., Roizman, B. Herpes simplex virus 1 alpha regulatory protein ICP0 interacts with and stabilizes the cell cycle regulator cyclin D3. Journal of Virology. 71 (10), 7328-7336 (1997).
  6. Mullen, M. A., Ciufo, D. M., Hayward, G. S. Mapping of intracellular localization domains and evidence for colocalization interactions between the IE110 and IE175 nuclear transactivator proteins of herpes simplex virus. Journal of Virology. 68 (5), 3250-3266 (1994).
  7. Maul, G. G., Everett, R. D. The nuclear location of PML, a cellular member of the C3HC4 zinc-binding domain protein family, is rearranged during herpes simplex virus infection by the C3HC4 viral protein ICP0. Journal of General Virology. 75 (6), 1223-1233 (1994).
  8. Chelbi-Alix, M. K., de The, H. Herpes virus induced proteasome-dependent degradation of the nuclear bodies-associated PML and Sp100 proteins. Oncogene. 18 (4), 935-941 (1999).
  9. Zheng, Y., Samrat, S. K., Gu, H. A Tale of Two PMLs: Elements Regulating a Differential Substrate Recognition by the ICP0 E3 Ubiquitin Ligase of Herpes Simplex Virus 1. Journal of Virology. 90 (23), 10875-10885 (2016).
  10. Lanfranca, M. P., Mostafa, H. H., Davido, D. J. HSV-1 ICP0: An E3 Ubiquitin Ligase That Counteracts Host Intrinsic and Innate Immunity. Cells. 3 (2), 438-454 (2014).
  11. Zheng, Y., Gu, H. Identification of three redundant segments responsible for herpes simplex virus 1 ICP0 to fuse with ND10 nuclear bodies. Journal of Virology. 89 (8), 4214-4226 (2015).
  12. Samrat, S. K., Ha, B. L., Zheng, Y., Gu, H. Characterization of Elements Regulating the Nuclear-to-Cytoplasmic Translocation of ICP0 in Late Herpes Simplex Virus 1 Infection. Journal of Virology. 92 (2), e01673-e01617 (2018).
  13. Gu, H. What role does cytoplasmic ICP0 play in HSV-1 infection?. Future Virology. 13 (6), (2018).
  14. Ettinger, A., Wittmann, T. Fluorescence live cell imaging. Methods Cell Biology. 123, 77-94 (2014).
  15. Frigault, M. M., Lacoste, J., Swift, J. L., Brown, C. M. Live-cell microscopy – tips and tools. Journal of Cell Science. 122 (6), 753-767 (2009).
  16. Chudakov, D. M., Lukyanov, S., Lukyanov, K. A. Fluorescent proteins as a toolkit for in vivo imaging. Trends in Biotechnology. 23 (12), 605-613 (2005).
  17. Teng, K. W., et al. Labeling proteins inside living cells using external fluorophores for microscopy. Elife. 5, e20378 (2016).
  18. Stephens, D. J., Allan, V. J. Light microscopy techniques for live cell imaging. Science. 300 (5616), 82-86 (2003).

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Citazione di questo articolo
Samrat, S. K., Gu, H. Temporal Analysis of the Nuclear-to-cytoplasmic Translocation of a Herpes Simplex Virus 1 Protein by Immunofluorescent Confocal Microscopy. J. Vis. Exp. (141), e58504, doi:10.3791/58504 (2018).

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