Influenza A virüsleri (IAVs) yıllık salgınlara ve ara sıra salgınlara neden olan bulaşıcı solunum patojenleridir. Burada, yeni bir rekombinant luciferase ve floresan ifade iki muhabir IAV (BIRFLU) kullanarak vivo viral enfeksiyonları izlemek için bir protokol açıklar. Bu yaklaşım in vivo IAV çalışma için mükemmel bir araç ile araştırmacılar sağlar.
Influenza A virüsleri (IAVs) önemli sağlık ve ekonomik sonuçları ile ilişkili insan solunum hastalığı neden. Diğer virüslerde olduğu gibi, IAV’yi incelemek, virüs hücrelerinde ve/veya enfeksiyon hayvan modellerinde virüsün varlığını saptamak için zahmetli ikincil yaklaşımların kullanılmasını gerektirir. Bu sınırlama son zamanlarda kolayca izlenebilir floresan veya biyolüminesans (luciferase) muhabir proteinleri ifade rekombinant IAVs üretimi ile atlatılmış olmuştur. Ancak araştırmacılar, IAV genomunun yabancı dizileri de içeren kısıtlı kapasitesi nedeniyle floresan veya luciferase muhabiri genlerini seçmek zorunda kalmıştır. Bu sınırlamayı aşmak için, iav enfeksiyonlarını in vitro ve in vivo olarak kolayca takip etmek için hem floresan hem de luciferase muhabiri genini ifade eden bir rekombinant çoğaltma-yetkin bi-reporter IAV (BIRFLU) oluşturduk. Bu amaçla, influenza A/Puerto Rico/8/34 H1N1 (PR8) viral olmayan yapısal olmayan (NS) ve hemagglutinin (HA) viral segmentleri floresan Venüs ve biyolüminesans Nanoluc luciferase proteinlerini kodlamak için değiştirildi. Burada BirFLU’nun IAV enfeksiyonunun fare modelinde kullanımını ve in vivo görüntüleme sistemi kullanarak her iki muhabir genin invivo görüntüleme sistemini tespit insini anlatıyoruz. Özellikle, hem muhabirlerin ifadeleri ve viral çoğaltma arasında iyi bir korelasyon gözlemledik. Moleküler biyoloji, hayvan araştırmaları ve görüntüleme teknolojilerinde en ileri tekniklerin birleşimi, araştırmacılara virüs-konak etkileşimleri ve dinamikleri de dahil olmak üzere grip araştırmaları için bu aracı kullanma fırsatı sağlar. viral enfeksiyonlar. Daha da önemlisi, farklı viral segmentlerden iki yabancı genifade etmek için genetik olarak viral genomu değiştirmek için fizibilite için bu yaklaşımı kullanmak için fırsatlar açılır: (i) yeni IAV aşılarının geliştirilmesi, (ii) rekombinant IAVs üretimi diğer insan patojen enfeksiyonlarının tedavisinde aşı vektörleri olarak kullanılabilir.
Influenza A virüsü (IAV) Orthomyxoviridae ailesinin tek iplikçikli negatif-sense parçalı RNA virüsü1,2,3. Dünya Sağlık Örgütü (WHO) 3-5 milyon yıllık grip vakaları ve grip dünya çapında4,5,6250.000 ‘den fazla ölüm tahmin ediyor. Özellikle grip karşı savunmasız gruplar yaşlılar dahil, bağışıklık bireyler, ve çocuklar7,8,9,10,11. Aşılar mevcut ve viral enfeksiyona karşı en yaygın ve etkili müdahale temsil rağmen, IAV hızla gelişmeye ve önceden varolan bağışıklık kaçmak yapabiliyor3,12,13, 14.000 , 15. 2009 yılında bir pandemik H1N1 suşu yeniden ortaya çıkması ve patojenik IAV ortaya çıkması dünya çapında insan halk sağlığı için sürekli tehdit yineler4,16.
Bir salgın veya pandemik sırasında, yeni izole edilen virüslerin patojenitesini ve geçirilme kabiliyetini hızla belirlemek çok önemlidir. Şu anda mevcut teknikleri virüs tespit etmek için zaman alıcı ve bazen bu analizlerin tamamlanmasını geciktirebilir zahmetli yaklaşımların kullanımını gerektirir17,18,19,20. Ayrıca, mevcut viral tahliller bir salgın durumunda gerekli olabilir, ölçeklendirmek zordur. Son olarak, fareler, kobaylar ve gelincikler gibi doğrulanmış hayvan enfeksiyonlarının kullanımı rutin olarak kullanılır ve grip enfeksiyonları, bağışıklık yanıtları ve yeni aşıların ve/veya antivirallerin etkinliğini incelemede hayati önem taşımaktadır. Ancak, bu modeller gerçek zamanlı olarak viral dinamikleri gözlemlemek için yetersizlik nedeniyle kısıtlayıcı; bu viral enfeksiyonların statik görüntüleme çalışmaları sınırlar21,22,23,24,25. Bu tahlillerde kullanılan hayvanlar da viral yükü belirlemek için ötenazi edilir, böylece bu çalışmaları tamamlamak için gerekli hayvan sayısını artırmak26. Tüm bu sınırlamaları aşmak için, birçok araştırmacı rekombinant çoğaltma-yetkin, muhabir ifade IAVs, hangi virolojik tahliller hızlandırılması ve gerçek zamanlı 26 içinde vivo viral yük ve yayma tespit yeteneğine sahip kullanımı güveniyor ,27,28,29,30,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39,40,41. Daha da önemlisi, bu muhabir ifade IAVs hücre kültüründe vahşi tip (WT) IAVs benzer çoğaltmak edebiliyoruz ve enfeksiyon hayvan modellerinde33,42.
Floresan ve biyolüminesans proteinler, duyarlılıkları, stabilitesi ve kullanım kolaylığı nedeniyle araştırmacılar tarafından yaygın olarak kullanılan iki muhabir sistemdir. Buna ek olarak, floresan ve biyolüminesans protein algılama teknolojileri43,44,45,46,47,48 muazzam destek ve ilerleme var . Floresan proteinler ve luciferase onları kızdırma izin farklı özelliklere sahip, özellikle nasıl heyecanlı durumları oluşturulur ve nasıl yayılım tespit edilir farklı43,44,45, 46,47,48. Floresan proteinler ilk olarak enerjiyi emerek heyecanlanırlar, moleküller daha düşük bir enerji durumuna düştükçe daha sonra farklı bir dalga boyunda ışık olarak serbest bırakılır43. Öte yandan, biyolüminesans ışık üretmek için bir substrat, oksijen ve bazen ATP içeren bir kimyasal ekzotermik reaksiyon elde edilir45. Muhabir proteinlerin bu iki tür değişen özellikleri nedeniyle, bir ilgi çalışmaya bağlı olarak diğerinden daha belki daha avantajlı. Floresan proteinler yaygın hücresel lokalizasyon gözlemlemek için kullanılır iken28,41, onların in vivo sinyalleri yetersiz yoğunlukta ve genellikle canlı dokularda otofloresan tarafından gizlenmiş49. Bu nedenle, araştırmacılar canlı organizmalarda viral dinamikleri değerlendirmek için luciferases güveniyor, floresan proteinler ex vivo çalışmalar için tercih edilebilir rağmen50,51,52,53. Floresan proteinlerin aksine, luciferases in vivo çalışmalar için daha uygundur ve non-invaziv yaklaşımlar da uygulanabilir26,27,28,29,30 , 31.000 , 32.000 , 33.000 , 34.000 , 35.000 , 36.000 , 37.000 , 38.000 , 39,5 000 , 40,5 000 , 41.000 , 54– Sonuç olarak, çalışmanın türüne bağlı olarak, araştırmacılar, çalışmalarını işlevsellik ve hassasiyetlerin bir dengesine tabi tâyiçler olan floresan veya luciferase muhabiri protein in kullanımı arasında seçim yapmalıdırlar ve ciddi rekombinant muhabir virüslerin kullanışlılığını kısıtlar. Ayrıca, floresan veya luciferase sistemleri kullanan farklı muhabir genlerin ekspresyonu ile elde edilen verilerin yorumlanmasını tehlikeye atabilecek viral çoğaltma veya yayma arasındaki korelasyona ilişkin endişeler vardır. muhabir ifade IAVs.
Bu sınırlamayı, aynı viral genom55’te hem floresan hem de luciferase proteini kodlayan rekombinant çoğaltma yetkin bi-reporter IAV (BIRFLU) üreterek aştık ( Şekil1). Burada, NanoLuc luciferase (Nluc), küçük ve parlak biyolüminesans protein48, influenza A / Porto Riko/08/1934 H1N1 viral HA segmentinde hemagglutinin (HA) dizisinin yukarı yerleştirildi (PR8)24,33, 40,55,56,57. Buna ek olarak, Venüs, sık kullanılan monomerik floresan protein, non-yapısal (NS) viral segment32,33,36,41,55içine yerleştirildi . Birflu hem floresan hem de luciferase muhabiri genleri için kodlar bu yana, ya muhabir protein sinyali viral çoğaltma ve in vitro veya in vivo55yaymak belirlemek için okuma olarak kullanılabilir. BirFLU’nun nesil ve in vitro veya in vivo karakterizasyonu ile ilgili ek bilgiler son yayınımızda bulunabilir55. BIRFLU yeni bir floresan ve biyolüminesans bazlı mikronötralizasyon testi 55 ile antiviral ilaçların etkinliğiniveya nötralize antikorların etkinliğini test etmek için kullanılabilir. Ayrıca, BIRFLU da enfeksiyon bir fare modeli viral dinamikleri değerlendirmek için kullanılabilir55. Bu yazıda, BIRFLU55 in vitro karakterize prosedürleri ve nasıl in vivo veya Venüs ex vivo algılamak için in vivo lüminesans görüntüleme sistemleri kullanarak farelerde BIRFLU enfeksiyonu çalışma açıklanmıştır.
Moleküler biyoloji, hayvan araştırmaları ve görüntüleme teknolojilerinde en ileri tekniklerin birleşimi, araştırmacılara virüs-konak etkileşimleri, viral enfeksiyon dinamikleri dahil olmak üzere IAV araştırmaları için BIRFLU’yu kullanma fırsatı nı sunar; IAV enfeksiyonlarının terapötik tedavisi için yeni aşı yaklaşımlarının geliştirilmesi veya Diğer patojen enfeksiyonların tedavisinde aşı vektörü olarak IAV’nin potansiyel kullanımı.
Araştırmacılar anlamak ve viral çoğaltma ve patogenez26,27,28mevcut anlayış üzerine genişletmek için hayati moleküler araçlar olarak rekombinant muhabir-ifade virüsleri dayanıyordu, 29.000 , 30,5 000 , 31.000 , 32.000 , 33.000 , 34.000 , 35.000 , 36.000 , 37.000 , 38.000 , 39,5 000 , 40,5 000 , 41.000 , 54– En çok tercih edilen muhabir genler luciferases ve floresan proteinler, özellikle onların tanımlanmasında teknolojik gelişmeler nedeniyle, gelişmiş varyantların geliştirilmesi ve görüntüleme teknolojileri tarafından tespit43 , 44.000 , 45.000 , 46.000 , 47.000 , 48. Rekombinant muhabir virüsler genellikle virolojik tahlilleri hızlandırmak için kullanılır, in vitro ve in vivo virüslerin dinamikleri çalışma, ve şu anda onaylanmış veya yeni aşı ve tedavi yaklaşımlarının etkinliğini test etmek için26, 27,28,29,30,31,32,33,34,35, 36,37,38,39,40,41,54. Ne yazık ki, IAV durumunda, geçmiş çalışmalar tek bir muhabir genin ifade sınırlıydı, hangi yapılabilir çalışma türü engeller 26,27,28,29 , 30,5 000 , 31.000 , 32.000 , 33.000 , 34.000 , 35.000 , 36.000 , 37.000 , 38.000 , 39,5 000 , 40,5 000 , 41.000 , 54– Bu sınırlamayı önlemek için, bir Nluc luciferase ve Venüs floresan protein (BIRFLU) ifade eden bir çoğaltma-yetkili bi-reporter IAV oluşturduk.
Bu yazıda, BirFLU’nun in vitro karakterizasyonu ve IAV enfeksiyonunun fare modelini kullanarak in vivo viral enfeksiyonu izlemek için BIRFLU’yu kullanmak için deneysel yaklaşımları açıklıyoruz. BIRFLU Nluc ve Venüs ekspresyonu viral titrelerle ilişkilidir. Buna ek olarak, BIRFLU kararlı kaldı ve enfekte farelerin akciğerlerinden kurtarıldıktan sonra her iki muhabir genleri ifade etmeye devam etti. Bu yaklaşım, araştırmacılara IAV enfeksiyonlarının tedavisi için yeni tedavi alternatiflerinin tanımlanması ve geliştirilmesi de dahil olmak üzere, kültürlü hücrelerde ve hayvan modellerinde IAV’yi inceleme fırsatı sunmaktadır.
PR8’in belkemiği kullanılarak bir flu üretilmiş olmasına rağmen, aynı deneysel yaklaşım kullanılarak farklı tip, alt tip veya viral gerinim omurgaları kullanılarak diğer rekombinant IAV oluşturulabilir. Aynı şekilde, bu raporda IAV’nin fare modelinde BIRFLU’nun kullanımına ilişkin deneysel prosedürleri açıklanmıştır. Ancak, BIRFLU diğer hayvan modellerinde IAV enfeksiyonu değerlendirmek için değerli bir teknoloji olabilir.
The authors have nothing to disclose.
LM-S laboratuvarında grip virüsü üzerine yapılan araştırmalar, NIAID Grip Araştırma ve Gözetim (CEIRS) sözleşmesi No’nun bir üyesi olan New York Grip Mükemmellik Merkezi (NYICE) (NIH 272201400005C) tarafından kısmen finanse edilmektedir. HHSN272201400005C (NYICE) ve Savunma Bakanlığı (DoD) Hakemli Tıbbi Araştırma Programı (PRMRP) hibe W81XWH-18-1-0460.
12-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 665102 | |
24-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 662160 | |
6-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 657160 | |
96-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 655-180 | |
Adobe Photoshop CS4 | Adobe | This software is used in 3.1.10 and 4.4.7 | |
Bovin Albumin solution (BA) | Sigma-Aldrich | A7409 | Store at 4° C |
Bovin Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | Store at 4 °C |
Cell Culture dishes 100mm | Greiner Bio-one | 664-160 | |
ChemiDoc MP Imaging System | BioRad | This instrument is used in 4.4.7 | |
Crystal Violet | Thermo Fisher Scientific | C581-100 | Store at Room temperature |
Dounce Tissue Grinders | Thomas Scientific | 7722-7 | |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) | Corning Cellgro | 15-013-CV | Store at 4 °C |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Seradigm | 1500-050 | Store at -20 °C |
Five- to seven-week-old female BALB/c mice | National Cancer Institute (NCI) | 555 | |
Isoflurane | Baxter | 1001936040 | Store at Room temperature |
IVIS Spectrum | PerkinElmer | 124262 | This instrument is used for in vivo imaging (4.2 and 4.3) |
IX81 Motorized Inverted Microscope | Olympus | Olympus IX81 | |
Living Image 4.7.2 software | PerkinElmer | This instrument is used for in vivo imaging (4.2 and 4.3) | |
Lumicount | Packard | This instrument is used for quantifying luciferase activity (3.2.6) | |
Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) epithelial cells | ATCC | CCL-34 | |
Monoclonal Antibody anti-NP Influenza A Virus HB-65 | ATCC | H16-L10-4R5 | Store at -20 °C |
Nano-Glo Luciferase Assay Reagent | Promega | N1110 | This reagent is used to measure Nluc activity. Store at -20 °C |
Neutral Buffered Formalin 10% | EMD | 65346-85 | Store at RT |
Nunc MicroWell 96-Well Microplates | Thermo Fisher Scientific | 269620 | |
Penicillin/Streptomycin (PS) 100x | Corning | 30-00-CI | Store at -20 °C |
Penicillin/Streptomycin/L-Glutamine (PSG) 100x | Corning | 30-009-CI | Store at -20 °C |
Retiga 20000R Fast1394 Camera | Qimaging | Retiga 2000R | |
Scanner | HP | ||
Texas Red-conjugated anti-mouse -rabbit secondary antibodies | Jackson | 715-075-150 | Store at -20 °C |
Tosylsulfonyl phenylalanyl chloromethyl ketone (TPCK)-treated trypsin | Sigma-Aldrich | T8802 | Store at -20 °C |
Triton X-100 | J.T.Baker | X198-07 | Store at RT |
Vmax Kinetic plate reader | Molecular Devices |