概要

제한 효소 기반의 복제 방법을 평가하기 위해<em> 시험관</em> HIV-1 서브 타입 C 개그 - MJ4 키메라 바이러스의 복제 능력

Published: August 31, 2014
doi:

概要

HIV-1 pathogenesis is defined by both viral characteristics and host genetic factors. Here we describe a robust method that allows for reproducible measurements to assess the impact of the gag gene sequence variation on the in vitro replication capacity of the virus.

Abstract

The protective effect of many HLA class I alleles on HIV-1 pathogenesis and disease progression is, in part, attributed to their ability to target conserved portions of the HIV-1 genome that escape with difficulty. Sequence changes attributed to cellular immune pressure arise across the genome during infection, and if found within conserved regions of the genome such as Gag, can affect the ability of the virus to replicate in vitro. Transmission of HLA-linked polymorphisms in Gag to HLA-mismatched recipients has been associated with reduced set point viral loads. We hypothesized this may be due to a reduced replication capacity of the virus. Here we present a novel method for assessing the in vitro replication of HIV-1 as influenced by the gag gene isolated from acute time points from subtype C infected Zambians. This method uses restriction enzyme based cloning to insert the gag gene into a common subtype C HIV-1 proviral backbone, MJ4. This makes it more appropriate to the study of subtype C sequences than previous recombination based methods that have assessed the in vitro replication of chronically derived gag-pro sequences. Nevertheless, the protocol could be readily modified for studies of viruses from other subtypes. Moreover, this protocol details a robust and reproducible method for assessing the replication capacity of the Gag-MJ4 chimeric viruses on a CEM-based T cell line. This method was utilized for the study of Gag-MJ4 chimeric viruses derived from 149 subtype C acutely infected Zambians, and has allowed for the identification of residues in Gag that affect replication. More importantly, the implementation of this technique has facilitated a deeper understanding of how viral replication defines parameters of early HIV-1 pathogenesis such as set point viral load and longitudinal CD4+ T cell decline.

Introduction

호스트와 HIV-1 병인과 병의 진행이 합리적인 백신 설계를위한 가장 중요하다 영향을 바이러스의 특성을 모두 결정. 세포 성 면역 반응은 HIV-1 감염에 대한 인간의 면역 반응의 핵심 구성 요소입니다. 세포 독성 T 림프구 (CTL)는 급성 바이러스 혈증의 초기 제어에 필요한, 및 호스트가 정상 상태 (설정치) 1,2 바이러스 부하를 확립 할 수있다. 이 이펙터 세포의 실험 고갈 바이러스 제어 3,4의 손실이 발생합니다. 그럼에도 불구하고, 돌연변이가 바이러스처럼 감염된 세포 5-9의 CTL 인식을 파괴하는 바이러스 게놈 내에서 발생 탈출.

특정 HLA 대립 유전자는 낮은 바이러스 부하와 B * 57, B * 27와 B * 81 ~ 15를 포함하여 느린 질병의 진행과 관련이있다. HLA 클래스 I 대립 유전자의 보호 효과의 부분들은 같은 개그 같은 게놈의 기능적 제한 지역을 대상으로한다는 사실에 기인 할 수있다체외 16-21에 복제하는 바이러스의 능력을 감소 탈출 돌연변이 선택합니다. 세포 면역 시스템으로부터의 탈출 내가 대립 선택 HLA 클래스의 맥락에서 바이러스에 유익하지만, 이러한 돌연변이의 효과는 HLA-일치하지 않는 22, 23 개인에게 전송시 호스트에 대한 차등 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서, 바이러스 복제 능력에 전송 HLA 관련 탈출 돌연변이의 영향을 이해하는 것은 초기 HIV-1 병인에 대한 우리의 이해를 증진하는 것이 중요 할 것입니다.

많은 진전이 나는 24-29을 대립 유전자 특정 HLA 클래스와 연관된 개별 탈출 돌연변이의 피트니스 결함을 식별하고 특성화하기 위해 만든 하였지만, 자연적으로 HIV-1 균주는 HLA-관련 유전자 다형성의 독특하고 복잡한 발자국 가능성이 HLA에서 발생, 한 발생 다른 immunogenetic 배경 30 – 매개 면역 압력. AP에서revious 분석, Goepfert 등. 88 심하게 감염된 잠비아 유래의 개그 송신 시퀀스에서 HLA-관련 돌연변이의 축적이 설정치 바이러스 부하 (31)의 감소와 연관된 것으로 나타났다. 이 HLA-일치하지 않는받는 사람에게 특히 개그에 해로운 탈출 돌연변이의 전송, 임상 적 혜택을 제공하고, 바이러스 복제를 감쇠로 인해 수 있다는 것을 제안했다. 나아가, 이러한 복제 용량, 초기 복제가 차례로 HIV-1 임상 매개 변수와 마지막 단계에 영향을 미칠 수있는 방법으로 전송 된 바이러스의 특성을 정의하는 콘서트에서 작동하는 방법을 복잡 개그 다형성의 조합 자연적으로 발생하는 균주 내에서 공부하는 것이 필수적입니다 병인.

브록 등은. 첫번째 서브 타입 C와 B 모두에서 감염의 만성 감염 단계 및 바이러스 부하 중에 고립 개그 프로 서열의 복제 능력 사이의 링크를 입증32 ~ 35. 이 연구에서 제시하는 실험적인 접근 방식, 만성적으로 감염된 사람에서 파생 된 시퀀스의 체외 복제 능력을 조사하기위한 있지만 적절한은 심하게 감염된 개인 어려운 서브 타입 C에서 HIV-1 증식 및 용량을 공부 할 수있는 여러 가지 기술주의 사항 및 제한 사항이 있습니다. 이 방법은 LAV에서 일부 파생 된 서브 타입 B NL4-3의 프로 바이러스로 인구 기반의 PCR 증폭 시퀀스의 재결합에 의존 연구소는 바이러스 스톡 (36)을 적용. 바이러스의 생성은 PCR 증폭 산물과 CEM 기반 T 세포 라인 (37)의 공동 형질 감염에 의해 달성 및 델타 개그 프로 NL4-3 DNA를 소화시켰다. 이 방법은 잠재적으로 생체 내에서 바이러스 quasispecies 관련 회수 바이러스 스톡의 성격을 기울이기 때문에 생체 외에서 복제 능력의 측정을 변경, 주 개월의 기간에 걸쳐 바이러스의 파생물을 필요로한다. 이 방법의 난만성적으로 감염된 개인의 다수로부터 다수의 상이한 바이러스 변이체를 복제 효과적으로 증식 및 높은 용량 바이러스를 선택하는 경우, 만성적으로 감염된 개인을 연구하고, 여기서 더 적합한 s의 것은 가능하므로 상당히 노동 집약적이고 아니다. 그러나, 심하게 감염된 개인에서, 일반적으로 1-2 변형이 존재하며, 따라서, 생체 외 선택 압력을 통해 회수 된 바이러스 스톡의 성격을 기울일의 위험을 제거하는, 시험 관내 복제 능력의 더 정확한 평가를 허용한다. 둘째,이 방법은 하위 B 파생 백본으로 서브 타입 C 개그 프로 시퀀스를 재결합이 필요하며, 분석에 백본 호환성 편견을 소개 할 수있다. 이러한 한계로 인해, 다수 서열이 도입 잠재적 인 편견을 극복하기 위해 분석되어야한다.

여기에서 우리는 또 다른 실험 아프로을 설명서브 타입 C 심하게 감염된 개체로부터 유래 된 서열을 연구 적절한 ACH. 우리는 서브 타입 C의 프로 바이러스 백본, MJ4에 HIV-1 아형 C 감염된 개인의 급성 감염 시점에서 파생 된 개그 유전자를 도입하는 제한 효소 기반의 복제 전략을 사용합니다. 개그 유전자를 복제하는의 일반적인 백본 MJ4의 사용은 서브 타입 C 파생 시퀀스의 분석을 위해 매우 중요합니다. MJ4 인해 백본 및 개그 유전자 사이의 하위 호환성에 바이어스를 소개하는 거의 없을 것입니다 따라서 기본 분리 38에서 유래하고있다. 프로 바이러스를 293T 세포에 직접 형질 감염 될 구축하고, 클로닝 개그 서열 동일한 클론 바이러스 스톡의 복구를위한 또, 제한 효소 기반 복제를 사용하는 방법은 허용한다.

아래에 제시된 방법은 유도 개그-MJ4 서브 타입 C의 복제 능력을 평가하기위한 높은 처리 방법키메라 바이러스. 293T 세포로 형질 간단하고 바이러스의 회수는 단지 세 일이 걸린다. 관내 복제 용량. 브록 등에 의해 작성된 동일 CEM-CCR5 기반 T 세포 라인 (37)을 정량하지만, 성공적인 복제를 위해 필요한 중요한 프로토콜의 수정을 사용 서브 타입 C MJ4 키메라 바이러스. 오히려 PBMC를보다 적절한 T-세포주의 사용은 높은 분석 재현성 테스트되는 서브 타입 C-MJ4의 키메라 바이러스의 다수 허용한다. 마지막으로, 상청액에서 바이러스의 정량화를위한​​ 방사성 표지 된 역전사 효소 분석을 사용하여 시판 P24 ELISA 키트를 사용하는 것보다 더 비용 효율적이다. 또한 동일한 분석 내에서 모두 좋지 높은 복제 바이러스를 검출하고 분리 복제 사이에 미묘한 차이를 검출하기위한 중요한 높은 동적 범위를 제공한다.

결론적으로, 여기에 제시된 방법은 허용하고있다HIV-1 아형 C에서 파생 된 개그 시퀀스의 복제 능력에 대한 심층적 인 연구는 급성 잠비아에서 개인을 감염, 및 서면으로, 또한 C는 인구를 감염 다른 하위 유형을 연구하기 위해 확장 될 수있다. 다른 개그 균주 간의 복제 용량의 변화의 높은 수준이 관찰되었다. 또한, 우리는 3 년 동안 39 이상 CD4 + 하락 전송 개그의 복제 용량 및 설정치 바이러스 부하 사이뿐만 아니라와 통계적 연관성을 보여줄 수 있었다. 이러한 결과는 복제, 용량 등의 방법에 전송 된 바이러스의 특성을 공부의 중요성을 강조 초기 감염시 발병에 영향을 미칠 수있는 호스트의 면역 시스템과 상호 작용하고 효과적인 백신 개입뿐만 아니라 치료를 개발하기위한 통합 될 것입니다.

Protocol

감염에서 HIV-1 개그 유전자의 1 증폭, 냉동 혈장 추출 키트를 사용하여 HIV-1 감염 플라즈마를 해동 140 μL에서 바이러스 성 RNA를 추출합니다. 가능하면 즉시 RNA 추출이 같은 고정되지 않은 바이러스 성 RNA 최고의 증폭 결과를 얻을 후 cDNA 합성을 진행합니다. 가능하면 이전에 바이러스 성 RNA 추출에 4 ° C에서 1 라운드 DNA 증폭 및 저장소에 대한 PCR 마스터 믹스를 설정합니다. …

Representative Results

제대로 완전한 기능, 전염성 개그 – MJ4의 키메라를 조립 할 수있는 프로 바이러스 플라스미드를 생성이 프로토콜을 실행하기 위해 큰 관심은 적절한 PCR 증폭 산물을 생성하기 위해주의해야합니다. PCR은 적절한 크기의 개그 앰플 리콘을 생성 여부를 결정하는 것은 매우 중요합니다. 제품도 1a에 도시 된 약 1,700 bp의 증폭 물 100 염기쌍 (bp의) 내에 있어야합니다. 이 조각의 정확한 …

Discussion

인해 길이 및이 프로토콜의 기술적 특성상 키메라 개그-MJ4 플라스미드의 성공적인 구조 모두에 중요뿐만 아니라 바이러스 복제 용량의 정량 용으로 여러 가지 방법이 있습니다. 이 프로토콜에 설명 MJ4에 외국 개그 유전자의 도입에 대한 제한 효소 기반의 복제 전략은 이전에 사용 된 재조합 기반 방법에 비해 많은 장점을 가지고 있지만 중요한 단계가 정확하게 준수하지 않을 경우, 프로토…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The investigators thank all the volunteers in Zambia who participated in this study and all the staff at the Zambia Emory HIV Research Project in Lusaka who made this study possible. The investigators would like to thank Jon Allen, Smita Chavan, and Mackenzie Hurlston for technical assistance and sample management. We would also like to thank Dr. Mark Brockman for his discussions and generous donation of the GXR25 cells.

This study was funded by R01 AI64060 and R37 AI51231 (EH) and the International AIDS Vaccine Initiative. This work was made possible in part by the generous support of the American people through the United States Agency for International Development (USAID). The contents are the responsibility of the study authors and do not necessarily reflect the views of USAID or the United States Government. This work also was supported, in part, by the Virology Core at the Emory Center for AIDS Research (Grant P30 AI050409). DC and JP were supported in part by Action Cycling Fellowships. This work was supported in part by the Yerkes National Primate Research Center base grant (2P51RR000165-51). This project was also funded in part by the National Center for Research Resources P51RR165 and is currently supported by the Office of Research Infrastructure Programs/OD P51OD11132.

Materials

Name of the Reagent Company Catalogue number コメント
PCR reagents
GOF: 5' ATTTGACTAGCGGAGGCTAGAA 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
VifOR: 5' TTCTACGGAGACTCCATGACCC 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
GagInnerF1:
5' AGGCTAGAAGGAGAGAGATG 3'
IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
BclIDegRev2:
5' AGTATTTGATCATAYTGYYTYACTTTR 3'
IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
MJ4For1b: 5' CGAAATCGGCAAAATCCC 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
MJ4Rev: 5' CCCATCTCTCTCCTTCTAGC 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
BclIRev: 5' TCTATAAGTATTTGATCATACTGTCTT 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
GagF2: 5' GGGACATCAAGCAGCCAT 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
For3: 5' CTAGGAAAAAGGGCTGTTGGAAATG 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
GagR6: 5' CTGTATCATCTGCTCCTG 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
Rev3: 5' GACAGGGCTATACATTCTTACTAT 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
Rev1: 5' AATTTTTCCAGCTCCCTGCTTGCCCA 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
CoolRack PCR 96 XT Biocision BCS-529
CoolRack M15 Biocision BCS-125
Nuclease free water Fisher SH30538FS Manufactured by Hyclone
QIAamp Viral RNA Mini Kit Qiagen 52906
Simport PCR 8 Strip Tubes, Blue (Flat Cap) Daigger EF3647BX
SuperScript III one-step RT-PCR system Life Technologies/Invitrogen 12574035
Phusion Hot-start II DNA polymerase Fisher F-549L 
PCR Nucleotide Mix Roche 4638956001
Agarose, high gel strength Fisher 50-213-128
TAE 10X Life Technologies/Invitrogen AM9869
Promega 1kb DNA ladder Fisher PRG5711 Manufactured by Promega
Sybr Safe DNA Gel Stain, 10000x Life Technologies/Invitrogen S33102
Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System Promega A9282
Razor blades, single-edged Fisher 12-640 Manufactured by Surgical Design
Thermocycler, PTC-200 MJ Research
Microbiology & Cloning reagents
LB Agar, Miller Fisher BP1425-2
LB Broth, Lennox Fisher BP1427-2
Sterile 100mm x 15mm polystyrene petri dishes Fisher 08-757-12
Ampicillin sodium salt Sigma-Aldrich A9518-5G
Falcon 14ml Polypropylene round-bottom tubes BD Biosciences 352059
NgoMIV restriction endonuclease New England BioLabs R0564L
BclI restriction endonuclease New England BioLabs R0160L
HpaI restriction endonuclease New England BioLabs R0105L
T4 DNA Ligase, 5U/μL Roche 10799009001
JM109 competent cells, >10^8 cfu/μg  Promega L2001
PureYield plasmid miniprep system Promega  A1222
Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator Invitrogen G6600
Microfuge 18 centrifuge Beckman Coulter 367160
Cell culture reagents
Amphyl cleaner/disinfectant Fisher 22-030-394
Fugene HD, 1 mL VWR PAE2311 Manufactured by Promega
Hexadimethrine bromide (Polybrene) Sigma-Aldrich H9268-5G
Costar Plates, 6-well, flat Fisher 07-200-83 Manufactured by Corning Life
Costar Plates, 24-well, flat Fisher 07-200-84 Manufactured by Corning Life
Costar Plates, 96-well, round Fisher 07-200-95 Manufactured by Corning Life
Flasks, Corning filter top/canted neck, 75 cm^2 Fisher 10-126-37
Flasks, Corning filter top/canted neck, 150 cm^2 Fisher 10-126-34 Manufactured by Corning Life
Conical Tubes, 50ml, blue cap Fisher 14-432-22 Manufactured by BD Biosciences
Conical Tubes, 15ml, blue cap Fisher 14-959-70C   Manufactured by BD Biosciences
Trypsin-EDTA Fisher MT25052CI Manufactured by Mediatech
RPMI, 500 ml Life Technologies/Invitrogen 11875-119
DMEM, 500 ml Life Technologies/Invitrogen 11965-118
Penicillin/Streptomycin/Glutamine, 100X Life Technologies/Invitrogen 10378-016
PBS with magnesium and calcium, 500ml Life Technologies/Invitrogen 14040-133
PBS without magnesium and calcium Life Technologies/Invitrogen 20012-050
Sarstedt tubes, assorted colors Sarstedt 72.694.996
Reservoir Trays for Multichannel, 55ml Fisher 13-681-501
DEAE-Dextran Fisher NC9691007
Corning 96 well clear V bottom tissue culture treated microplate Fisher 07-200-96 Manufactured by Corning Life
HEPES, 1M Buffer Solution Life Technologies/Invitrogen 15630-080
FBS, Defined, 500 ml Fisher SH30070 03
X-gal VWR PAV3941 Manufactured by Promega
Glutaraldehyde, Grade II, 25% in H2O Sigma-Aldrich G6257-100ML
1M Magnesium chloride solution Sigma-Aldrich M1028-100ML
Formaldehyde solution, for molecular biology, 36.5% Sigma-Aldrich F8775-500ML
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate Sigma-Aldrich P9387-100G
Potassium hexacyanoferrate(III) Sigma-Aldrich P8131-100G
Allegra X15-R centrifuge Beckman Coulter 392932
TC10 automated cell counter Bio-Rad 1450001
VistaVision inverted microscope VWR
Reverse-Transcriptase Quantification Assay reagents
dTTP, [α-33P]- 3000Ci/mmol, 10mCi/ml, 1 mCi Perkin-Elmer NEG605H001MC
1M Tris-Cl, pH 8.0 Life Technologies/Invitrogen 15568025 Must be adjusted to pH 7.8 with KOH
2M potassium chloride (KCl) Life Technologies/Invitrogen AM9640G Adjust to 1M solution
0.5M EDTA Life Technologies/Invitrogen 15575-020
Nonidet P40 Roche 11333941103
Polyadenylic acid (Poly rA) potassium salt  Midland Reagent Co. P-3001
Oligo d(T) primer  Life Technologies/Invitrogen 18418-012
Dithiothreitol (DTT) Sigma-Aldrich 43815-1G
SR, Super Resolution Phosphor Screen, Small Perkin-Elmer 7001485
Corning Costar Thermowell 96 well plate model (M) Polycarbonate Fisher 07-200-245 Manufactured by Corning Life
Corning 96 Well Microplate Aluminum Sealing Tape, Nonsterile Fisher 07-200-684 Manufactured by Corning Life
DE-81 anion exchange paper Whatman 3658-915
Trisodium citrate dihydrate Sigma-Aldrich S1804-1KG
Sodium Chloride Fisher S671-3
Autoradiography cassette Fisher FB-CA-810
Cyclone storage phoshpor screen Packard

参考文献

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記事を引用
Claiborne, D. T., Prince, J. L., Hunter, E. A Restriction Enzyme Based Cloning Method to Assess the In vitro Replication Capacity of HIV-1 Subtype C Gag-MJ4 Chimeric Viruses. J. Vis. Exp. (90), e51506, doi:10.3791/51506 (2014).

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