인플루엔자 A 바이러스 (IAV)는 연간 전염병과 간헐적 인 전염병을 일으키는 전염성 호흡기 병원체입니다. 여기서, 우리는 새로운 재조합 루시퍼라제 및 형광 발현 바이 리포터 IAV(BIRFLU)를 사용하여 생체 내에서 바이러스 감염을 추적하는 프로토콜을 기술한다. 이 접근법은 연구원에게 생체 내에서 IAV를 연구할 수 있는 훌륭한 도구를 제공합니다.
인플루엔자 A 바이러스 (IAV)는 중요한 건강 및 경제적 결과와 관련된 인간의 호흡기 질환을 일으킵니다. 다른 바이러스와 마찬가지로, IAV를 공부하는 것은 감염된 세포 및 / 또는 감염의 동물 모델에서 바이러스의 존재를 감지하기 위해 힘든 보조 접근법의 사용을 필요로한다. 이러한 제한은 최근 쉽게 추적 가능한 형광 또는 생체 발광(luciferase) 리포터 단백질을 발현하는 재조합 IAV의 생성과 함께 우회되고 있다. 그러나, 연구자들은 외래 서열을 포함하는 IAV 게놈의 제한된 용량으로 인해 형광 또는 루시퍼라아제 리포터 유전자를 선택하도록 강요받았다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 우리는 생체외 및 생체 내에서 IAV 감염을 용이하게 추적하기 위해 형광및 루시퍼라제 리포터 유전자를 안정적으로 발현하는 재조합 복제 유능한 바이-리포터 IAV(BIRFLU)를 생성하였다. 이를 위해, 인플루엔자 A/푸에르토리코/8/34 H1N1(PR8)의 바이러스 성 비구조적(NS) 및 헤마글루티닌(HA) 바이러스 성 세그먼트는 각각 형광 성 금성 및 생물 발광 나노 루시퍼라아제 단백질을 인코딩하도록 변형되었다. 여기서, 우리는 생체 내 이미징 시스템을 사용하여 IAV 감염의 마우스 모델에서 BIRFLU의 사용 및 두 리포터 유전자의 검출에 대해 설명한다. 특히, 우리는 기자와 바이러스 복제 의 식 사이의 좋은 상관 관계를 관찰했다. 분자 생물학, 동물 연구 및 이미징 기술의 최첨단 기술의 조합은 연구원에게 바이러스 호스트 상호 작용 및 역학의 연구를 포함하여 인플루엔자 연구를 위해이 도구를 사용할 수있는 독특한 기회를 제공합니다. 바이러스 감염. 중요한 것은, 다른 바이러스 세그먼트에서 2개의 외국 유전자를 발현하기 위하여 바이러스 게놈을 유전으로 변경하는 타당성은 이 접근을 사용하는 기회를 열어줍니다: (i) 새로운 IAV 백신의 발달, (ii) 재조합 IAV의 생성 다른 인간 병원체 감염의 치료를 위한 백신 벡터로 사용될 수 있다.
인플루엔자 A 바이러스(IAV)는 정형재증소비리대 패밀리 1,2,3의단일 가닥 네거티브 센스 분할 RNA 바이러스이다. 세계보건기구(WHO)는 연간 3~500만 건의 인플루엔자 발생과 전 세계적으로 250,000명 이상의 사망자를 추정하고 있으며, 4,5,6. 특히 인플루엔자에 취약한 그룹은 노인, 면역손상개인, 어린이7,8,9,10,11을포함한다. 백신을 사용할 수 있고 바이러스 감염에 대한 가장 일반적이고 효과적인 개입을 나타내지만, IAV는 급속하게 진화하고 기존의 면역을탈출 할 수 3,12,13, 14세 , 15. 2009 년 전염병 H1N1 균주의 재출현과 병원성 IAV의 출현은 전 세계적으로 인간의 공중보건에 대한 지속적인 위협을 반복4,16.
전염병이나 전염병 동안 새로 고립 된 바이러스의 병원성과 투과성을 신속하게 결정하는 것이 중요합니다. 현재 바이러스를 검출하기 위해 이용 가능한 기술은 시간이 많이 걸리고 때로는 이러한 분석17,18,19,20의완료를 지연시킬 수 있는 힘든 접근법의 사용을 필요로 한다. 더욱이, 현재 바이러스성 희소한 안산은 발발의 사건 도중 필요할 수 있던 확장하기 어렵습니다. 마지막으로, 마우스, 기니 피그 및 페렛과 같은 감염의 검증된 동물 모델의 사용은 일상적으로 사용되며 인플루엔자 감염, 면역 반응 및 새로운 백신 및/또는 항바이러스제의 효능을 연구하는 데 매우 중요합니다. 그러나, 이 모형은 실시간으로 바이러스성 역학을 관찰하는 무능력 때문에 제한적입니다; 이것은 바이러스 성 감염의 정적 화상 진찰에 연구 한계21,22,23,24,25. 이러한 공소사에 사용되는 동물은 또한 바이러스 하중을 결정하기 위해 안락사되고, 따라서 이러한 연구를 완료하는 데 필요한 동물의 수를 증가시킨다26. 이러한 모든 한계를 우회하기 위해 많은 연구자들은 바이러스 학적 검사를 가속화하고 생체 내 바이러스 부하 및 보급을 실시간으로 감지 할 수있는 재조합 복제 유능한 리포터 표현 IAV의 사용에 의존합니다26 ,27,28,29,30,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39,40,41. 중요한 것은, 이러한 리포터 발현 IAV는 감염33,42의세포 배양 및 동물 모델에서 야생형(WT) IAV와 유사하게 복제할 수 있다.
형광 및 생물 발광 단백질은 감도, 안정성 및 사용 용이성으로 인해 연구원이 일반적으로 사용하는 두 가지 리포터 시스템입니다. 또한 형광 및 생물 발광 단백질 검출 기술 43,44,45,46,47,48에 대한 엄청난 지원과 발전이 있습니다. . 형광 단백질과 루시퍼라제는 빛을 발할 수 있는 다른 성질을 가지며, 특히 흥분된 상태가생성되는 방식과 방출이 검출되는 방식이 43,44,45, 46,47,48. 형광 단백질은 먼저 에너지를 흡수함으로써 흥분되며, 이는 분자가 더 낮은 에너지 상태(43)로감소함에 따라 상이한 파장에서 빛으로 방출된다. 한편, 생물발광은 빛을 생성하기 위해 기질, 산소 및 때로는 ATP를 수반하는 화학적 열성반응으로부터 유래된다(45). 리포터 단백질의 이 2가지 모형의 변화하는 속성 때문에, 관심의 연구 결과에 따라 다른 것보다 어쩌면 더 유리한 것. 형광 단백질은 세포 국소화를 관찰하기 위해 널리 사용되는 반면,41,생체 내 신호는 부적절한 강도를 가지며 종종 살아있는 조직49에서자가형광에 의해 가려집니다. 따라서 연구자들은 살아있는 유기체에서 바이러스 역학을 평가하기 위해 luciferases에 의존하지만, 형광 단백질은 생체 내 연구50,51,52,53에선호될 수 있다. 형광성 단백질과 는 달리, 루시퍼라제는 생체 내 연구에 더 편리하며 비침습적 접근법26,27,28,29,30에 더 적합합니다. , 31세 , 32세 , 33세 , 34세 , 35세 , 36세 , 37세 , 38세 , 39세 , 40 , 41세 , 54. 궁극적으로, 연구의 유형에 따라, 연구원은 기능과 감도의 절충에 자신의 연구를 과목, 심각하게 자신의 판독으로 형광 또는 루시 퍼라제 기자 단백질중 하나를 선택해야합니다 재조합 리포터 바이러스의 유용성을 제한합니다. 더욱이, 형광 또는 루시퍼라제 시스템 및 바이러스성 복제 또는 보급을 이용한 다른 리포터 유전자의 발현 간의 상관관계에 관한 우려가 있으며, 이는 획득한 데이터의 해석을 위태롭게 할 수 있다. 리포터 표현 IAV.
우리는 동일한 바이러스 게놈55에서 형광 및 루시퍼라제 단백질 둘 다에 대해 인코딩하는 재조합 복제 유능한 바이 리포터 IAV(BIRFLU)를 생성함으로써 이러한 한계를 극복하였다(도 1). 여기서, 나노루크 루시퍼라제(Nluc)는 작고 밝은 생물발광 단백질(48)으로, 인플루엔자 A/푸에르토리코/08/1934 H1N1(PR8)24,33, 40,55,56,57. 또한, 자주 사용되는 단색 형광 단백질인 비너스는 비구조적(NS) 바이러스 분절32,33, 36,41,55에삽입하였다. BIRFLU는 형광 및 루시퍼라제 리포터 유전자 모두에 대해 인코딩하기 때문에, 리포터 단백질 신호는 시험관 내 또는 생체 내 바이러스 복제 및 보급을 결정하기 위해 판독으로 사용될 수 있다55. BIRFLU의 생성 및 생체외 또는 생체내 특성화에 관한 추가 정보는 최근 간행물55에서확인할 수 있다. BIRFLU는 새로운 형광-및 생물발광 계 미세중화 분석법55를통해 항바이러스 약물의 효과를 테스트하거나 항체를 중화시키는 데 사용될 수 있다. 더욱이, BIRFLU는 또한 감염(55)의 마우스모델에서 바이러스 역학을 평가하는데 사용될 수 있다. 이 원고에서, 우리는 생체외에서 BIRFLU55를 특성화하는 절차와 생체 내 발광 이미징 시스템을 사용하여 마우스에서 BIRFLU 감염을 연구하는 방법을 설명합니다.
분자 생물학, 동물 연구 및 이미징 기술에 있는 최첨단 기술의 조합은, 바이러스 호스트 상호 작용의 연구 결과, 바이러스 감염의 역학을 포함하여 IAV 연구를 위해 BIRFLU를 사용하는 유일한 기회를 연구원을 제공합니다; IAV 감염의 치료 적 치료 또는 다른 병원체 감염의 치료를위한 백신 벡터로서의 IAV의 잠재적 사용에 대한 새로운 백신 접근법의 개발.
연구원은 바이러스 복제 및 병인의 현재 이해를 이해하고 확장하는 중요한 분자 도구로 재조합 기자 발현 바이러스에 의존했다26,27,28, 29세 , 30개 , 31세 , 32세 , 33세 , 34세 , 35세 , 36세 , 37세 , 38세 , 39세 , 40 , 41세 , 54. 가장 일반적으로 선호되는 리포터 유전자는 루시퍼라제와 형광 단백질이며, 주로 식별의 기술 발전, 개선 된 변이체 개발 및 이미징 기술에 의한 검출으로 인한 것입니다43 , 44세 , 45세 , 46세 , 47세 , 48. 재조합 기자 바이러스는 종종 바이러스 학적 검사를 가속화하고, 시험관 내 및 생체 내 바이러스의 역학을 연구하고, 현재 승인 또는 새로운 백신 및 치료 접근법의 효과를 테스트하기 위해26, 27,28,29,30,31,32,33,34,35, 36,37,38,39,40,41,54. 불행하게도, IAV의 경우, 과거 연구는 26,27,28,29를 수행 할 수있는 연구의 유형을 방해 단일 기자 유전자의 발현에 국한되었다 , 30개 , 31세 , 32세 , 33세 , 34세 , 35세 , 36세 , 37세 , 38세 , 39세 , 40 , 41세 , 54. 이러한 제한을 피하기 위해, 우리는 Nluc 루시퍼라제 및 비너스 형광 단백질 (BIRFLU)을 발현하는 복제 유능한 이중 리포터 IAV를 생성했습니다.
이 보고서에서, 우리는 비르플루의 시험관 내 특성화 및 비르플루를 사용하여 IAV 감염의 마우스 모델을 사용하여 생체 내 바이러스 감염을 추적하는 실험적 접근법을 기술한다. BIRFLU Nluc 및 금성 발현은 바이러스 성 역가와 상관관계가 있습니다. 또한, BIRFLU는 안정적으로 유지되었고 감염된 마우스의 폐로부터 회수된 후에도 두 리포터 유전자를 계속 발현하였다. 이 접근법은 연구원에게 IAV 감염의 처리를 위한 새로운 치료 대안의 확인 그리고 개발을 포함하여 배양된 세포 및 동물 모형에 있는 IAV를 공부하는 좋은 기회를 제공합니다.
BIRFLU는 PR8의 백본을 사용하여 생성되었지만, 다른 유형, 아류형 또는 바이러스 성 변형 백본을 사용하여 다른 재조합 IAV는 동일한 실험 접근법을 사용하여 생성 될 수있다. 마찬가지로, 이 보고서에서는 IAV의 마우스 모델에서 BIRFLU를 사용하기 위한 실험 절차를 설명했습니다. 그러나 BIRFLU는 다른 동물 모델에서 IAV 감염을 평가하는 귀중한 기술이 될 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
LM-S 실험실에 있는 인플루엔자 바이러스에 대한 연구는 부분적으로 뉴욕 인플루엔자 우수 센터 (NYICE)에 의해 투자됩니다 (NIH 272201400005C), 인플루엔자 연구 및 감시를위한 우수성의 NIAID 센터의 회원 (CEIRS) 계약 번호. HHSN272201400005C (NYICE) 및 국방부 (DoD) 동료 검토 의학 연구 프로그램 (PRMRP) 교부금 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 |