ここでは、高病原性ウイルス中東呼吸器症候群、重症急性呼吸器症候群コロナのスパイク ・ プロテインを組み込む BSL 2 設定で新規のパーティクルを生成するプロトコルを提案する.これら新規粒子には、ターゲット ホストの細胞にウイルスのエントリの定量化を許可するルシフェラーゼ レポーター遺伝子が含まれています。
プロトコルは、コロナ ウイルス (CoV) スパイク (S) 融合タンパク質を生成することを目的とマウス白血病ウイルス (MLV) コアとルシフェラーゼ レポーターと広く利用可能の HEK 293 t の簡単な導入手順を使用して新規粒子細胞します。一度形成されたプロデューサー細胞から放出された、これらの型は、ルシフェラーゼ遺伝子を組み込みます。だけを含んでいるので、異種のコロナ ウイルス スパイクの表面にタンパク質、粒子のエントリ手順の対応するネイティブ コロナ ウイルスのような動作します。そのため、宿主細胞にウイルスのエントリを勉強のためネイティブ ウイルス粒子の優秀なサロゲートです。成功したエントリと標的細胞に感染、ルシフェラーゼ レポーターは宿主細胞のゲノムに統合され、表現されます。単純なルシフェラーゼ アッセイを使用して、導入された細胞を簡単に定量化することができます。プロシージャの重要な利点は、それをバイオで行えるように、中東呼吸器症候群コロナ ウイルス (MERS コロナ ウイルス) など高病原性コロナで仕事に必要な BSL 3 施設ではなく 2 (BSL-2) 設備をレベルと重症急性呼吸器症候群コロナ ウイルス (Sars-cov)。別の利点は、その汎用性からインフルエンザ ヘマグルチニン (HA) とエボラ ウイルス糖蛋白質 (GP)、クラス II セムリキ森林ウイルス E1 クラスなどのウイルス融合蛋白質のすべての 3 つのクラスに属する私エンベロープ蛋白質に適用できます。蛋白質、またはクラス III の水疱性口内炎ウイルス G 糖蛋白質。方法論の限界、それはのみ検討されているエンベロープ蛋白を介したウイルス エントリ手順を要約することができます。他のウイルスのライフ サイクルの手順を勉強して、他の方法が必要です。これらの疑似タイプの粒子で使用できる多くのアプリケーション ホスト細胞感受性と親和性ウイルス エントリ経路を分析するウイルス エントリ阻害剤の効果をテストの調査があります。
ホスト セルのエントリは、ウイルスの伝染のライフ サイクルの初期の段階を構成します。エンベロープ ウイルスは、単一のホスト細胞受容体またはウイルスおよび細胞膜の融合が続くいくつかの受容体へのバインドが含まれます。これらの基本的な機能はウイルスの封筒の糖蛋白質1,の2によって遂行されます。コロナ ウイルスの封筒の糖蛋白質 (S) のスパイク蛋白質と呼びます、クラスのメンバーである私はウイルス融合蛋白質2,3,4,5,6。など特定のウイルスの多くの重要な特徴を理解するために重要なはウイルスの封筒の糖蛋白質の勉強: ライフ サイクルの開始、ホスト、細胞親和性、種間伝播、ウイルスの病因と同様、ホスト セルのエントリ経路。型とも呼ばれます、新規ウイルスの粒子は、簡単にウイルス融合蛋白質の機能を研究することを可能にする強力なツールです。新規粒子も型キメラ ウイルス粒子表面で異種ウイルスのエンベロープ蛋白のサロゲート ウイルス コアで構成されます。取得する方法を示すプロトコルの主な目的はコロナ ウイルス スパイク新規粒子マウス白血病ウイルス (MLV) のコアに基づいており、ルシフェラーゼ レポーター遺伝子を含んでいます。例として、高病原性の重症急性呼吸器症候群 (SARS) と中東呼吸器症候群 (MERS) コロナのスパイク蛋白質と新規パーティクルを生成する方法が掲載されています。プロトコルでは、ルシフェラーゼ アッセイによって関与、影響を受けやすいターゲットに感染する細胞のどのようにトランスフェクション プロシージャと感染性定量化について説明します。
型のエントリ手順は、その表面にコロナ ウイルス S によって支配されるので、入るセル同様にネイティブ対応します。そのため、機能性感染性アッセイの優秀なサロゲートです。新規粒子、通常 (MLV7,8,9,10、11,12,13レトロ ウイルスなどのウイルスは保護者モデルから派生します。,14,15,16,17,18,19,20,21,22レンチひと免疫不全ウイルス、HIV23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35) またはラブド (水疱性口内炎ウイルス-VSV36,39,40,41,42,,4344,45,46,47). 親のウイルスのゲノムが完全なレプリケーション サイクルを達成するため不良のレンダリングに必須の遺伝子を削除する変更 pseudotyping で使用する場合。この機能は、中間のバイオ セーフティ レベル設備 (BSL-2) で使用することができます、高いバイオ セーフティ施設 (BSL 3、BSL 4 として容易に利用可能ではない) を必要とする高病原性のネイティブ ウイルスを使用して上の重要な利点は、ときにウイルス エントリ研究を実施します。ここでは、リスクの S 蛋白質グループ 3 の病原体が SARS コロナ ウイルスと MERS コロナ ウイルスが組み込まれて MLV のウイルスのエンベロープ蛋白の例として使用されます Sars-cov S および MERS コロナ ウイルスの型を生成する新規の粒子 (SARS Spp、及び、MERS Spp、それぞれ)。これらの型は、これらウイルス48,49,50,51のエントリ イベントに着目した研究で正常に使用されています。別の利点は、ここで説明する手法は pseudotyping S コロナ ウイルス蛋白質に限定しない: それは非常に柔軟なウイルス融合蛋白質のすべての 3 つのクラスの代表の組み込みに使用することができます。などインフルエンザ血球凝集素 (HA、クラス I)52、エボラ ウイルスの糖蛋白質 (GP クラス I)、アルファウイルス セムリキ森林ウイルス (SFV、クラス II) と VSV 糖蛋白質 (G、クラス III) の E1 蛋白質53。さらに、ウイルスの糖蛋白の 1 つ以上の種類することができます新規粒子組み込まれ、共同インフルエンザの場合、HA ・ NA 新規粒子51。
MLV の世代について説明しますこのプロトコル Bartosch ら20によって実行される作業に基づいて、新規粒子 3 プラスミドの共トランスフェクション法トランスフェクション有能な広く利用可能な HEK 293 t 細胞54. 最初のプラスミド MLV コア遺伝子ギャグとポルエンコードしますが、MLV 封筒env遺伝子を欠いています。2 番目のプラスミドはホタル ルシフェラーゼ レポーター遺伝子 5′ と一緒に、MLV Ψ RNA 包装信号をエンコード転送ベクトル- と 3′ 側上流 MLV 長いターミナル繰り返し (LTR) 地域。3 番目のプラスミド エンコード、興味の融合蛋白質この場合どちらか Sars-cov S または MERS コロナ ウイルス S 蛋白質。トランスフェクション試薬を用いた 3 つのプラスミドの共トランスフェクション時にウイルス RNA およびタンパク質を得る新規パーティクルの発生を許可する transfected セル内で表明しました。MLV は pseudovirion のバックボーンとして使用されるため、これはプラズマ膜で発生します: ルシフェラーゼ遺伝子レポーターおよび包装信号を含む Rna を得る細胞膜発現コロナ ウイルスのスパイクはまた組み込む初期粒子にカプセル化蛋白質。細胞から芽を粒子表面でコロナ ウイルス S 蛋白質が含まれてし、感染性の試金で使用するために収穫されます。新規粒子港コロナ ウイルス S タンパク質や MLV エンベロープ蛋白質ではなく、細胞への感染に使用する場合ので、エントリの手順の対応するネイティブ コロナ ウイルスのような動作します。ルシフェラーゼ レポーターを含むと並ぶ LTRs ウイルスの RNA は細胞内それから解放され、レトロ ウイルスのポリメラーゼの活動の DNA にその逆のトランスクリプションおよび宿主細胞のゲノムへの統合を有効にします。単純なルシフェラーゼ活性測定法では、感染細胞でのウイルスの新規粒子の感染性の定量化が実行されます。宿主細胞のゲノムに統合 DNA シーケンスには、ルシフェラーゼ遺伝子と MLV またはコロナ ウイルス蛋白質符号化の遺伝子のどれもだけ含まれている、ためを使用するネイティブ ウイルスより本質的に安全です。
安全な代理であることに加えてとエンベロープ糖蛋白質の様々 な種類の設立を許可するように適応性の高い、ここで説明されている新規の粒子も汎用性の高いウイルスのエントリの多くの側面を研究に使用することができます。これは含まれていますに限定されない: ウイルス感染に対する宿主細胞感受性をテスト、エンベロープ ウイルスを使用して携帯電話の入力経路の分析、薬理学的阻害剤と薬物スクリーニングの効果を勉強、中和抗体を実施アッセイ、培養できないエンベロープ ウイルスのホスト セルの入力の特性と遺伝子送達用ウイルスのベクトルの生成は、金利、または遺伝子サイレンシングの遺伝子の細胞発現を安定しています。
このプロトコルでは、効率的にリスク グループ 3 コロナ、SARS コロナ ウイルス、MERS コロナ ウイルス、BSL 2 設定での S タンパク質を軸受新規パーティクルを生成する方法について説明します。ルシフェラーゼ レポーター遺伝子を組み込むには、これらの粒子は、比較的単純なルシフェラーゼ アッセイ48,49,50,51でコロナ ウイルス S を介した進入イベントを簡単に定量化することを有効にします。感染性の試金の感受性細胞を使用して、我々 はルシフェラーゼ活性の測定が粒子の濃度に依存するを確認します。また、ACE2 と DPP4 受容体遺伝子導入は HEK 293 t 細胞などの悪い感受性細胞ラインでより効率的なエントリのことができます。メソッドが他のウイルスの封筒の糖蛋白質に適応性の高い、広く使用されている48,49,50,51,52,53, 55,56,57,58,59, 生化学的解析やネイティブ ウイルス感染のような他のアッセイを補完するために多くの場合。
我々 はここで説明するプロトコルは、レトロ ウイルス ルシフェラーゼ レポーターが組み込まれた MLV に基づいています。ただし、正常にために開発された包装コロナ ウイルス S12,13,25,26,他の pseudotyping システムの非常に広い配列があることを強調することが重要です。30,31,32その他ウイルスの封筒の糖タンパク質10,11,14,16,17,23,24,29,33,38,40,42,44,46しますいくつかのこれらの他のシステムは、一般的に使用される MLV レトロ ウイルスのコア7,8,9,10,11,12,13 に基づいています。 ,14,15,16,17,18,19、20、または広く使用されているレンチ ウイルスの HIV-1 に基づいてpseudotyping を用いた異なる戦略23,24,25,26,27,28,29,30 ,31,32,33,34,35、またはコアとしてラブド ウイルスについて水胞性口炎ウイルス (VSV)、さまざまなを組み込むことができます37,38,39,40,41,42,43 封筒糖蛋白質のと、再び様々 な戦略が採用 ,44,45,46,47。さらに、蛍光タンパク質など他の記者以外の β-ガラクトシダーゼ16,17のようなルシフェラーゼ酵素や RFP36、GFP11,13のように、分泌アルカリホスファターゼ (SEAP)42は、正常に測定のために採用されています。さらに、このプロトコルでのアッセイで一過性トランスフェクションが MLV、CoV の S 遺伝子と蛋白質を表現する使用されました。ただし、新規ウイルス7,14の生産のため安定したセルラインの世代のような表現の他の方法があります。それぞれ長所と短所があるこれらの各システムは、治験責任医師のニーズに合った最高の pseudotyping システムを決定するときに、次の重要なパラメーターを考慮することが重要です: pseudovirion コア (MLV、HIV 1 や VSV) 方法特定 pseudotyping コアは特定のウイルスの封筒の糖蛋白質・ アッセイ読み出し (GFP、ルシフェラーゼ、SEAP または他) のためのレポーター ・ トランスフェクション戦略 (プラスミドの共トランスフェクション、過渡に関与の数を組み込む選択トランスフェクションや安定したセルラインの世代)。
強調する重要な方法で重要な手順の数があります。HEK 293 t/17 プロデューサー セルラインの特にの細胞密度は、トランスフェクションの成功を確保する上で重要な要素です。40-60% の confluency の範囲の細胞密度は、最適なことが判明しました。高い密度は通常、低トランスフェクションの効率と低粒子生産。また、HEK 293 t/17 細胞が他の細胞よりも少なく付着性を留意することが重要です。不必要にそれらをデタッチを避けるためにそれらを処理するときに注意が必要があります。1 つのオプションは、携帯文化プラスチック表面の付着を強化するポリ-D-リジンを扱うことです。さらより高い細胞の通路はしばしば貧しいトランスフェクション率の結果します。HEK 293 t/17 細胞へのトランスフェクション試薬の追加後、それはまた、セル透磁率が増加することに注意してください。だからこそ、この時点でそれは最高の彼らは細胞毒性を高める可能性がありますので、中含まれている抗生物質を使用しないでください。新規パーティクルを収集する前に transfected HEK 293 t/17 細胞培養上清の色を確認します。通常、トランスフェクションの 48 時間後、細胞培養培地の色はオレンジ ピンクの色合いをかかります。黄色の媒体は通常貧しい新規粒子収量に変換し、しばしば細胞播種密度または高通過数に関する問題の結果であります。
このプロトコル 6 ウェル プレート形式で新規粒子生産が行われます。作り出された粒子の量を増加するには、6 ウェル プレートのいくつかの井戸は同じプラスミド ミックスで発現することが、培養上清を一緒にプールすることができます。プールは、フィルター処理された明確にし、検体、できます。また、生産量は、容器の他の種類を拡張する (25、または 75 cm2フラスコなど) 使用できます。この場合、トランスフェクション条件拡大縮小に応じてする必要があります。このプロトコルでは、24 ウェル プレート形式と同時に測定が 1 つの管だけ可能ルミノ使って、試が行われます。高スループット スクリーニングのため、他の形式も可能、96 ウェル プレート形式、プレート リーダー ルミノなどです。ボリュームとルシフェラーゼ アッセイ用試薬は、それに応じて適応する必要があります。クリオバイアル-80 ° c における新規粒子のストレージは、数ヶ月間感染性を落とすことがなくその安定性を維持します。凍結融解サイクルこれは時間とともに感染性を減少するようにそれらを服従させることはお勧めしません。したがって、それは最高の 0.5-1 などの小さい因数でそれらを格納する mL と感染する前にそれらを解凍。
ここで紹介する方法には、いくつかの制限があります。重要なものだけウイルス エントリ イベントを新規粒子に要約事実であります。伝染のライフ サイクルの他のステップを分析、その他のアッセイが必要です。さらに、MLV 粒子芽細胞膜で負担することが重要だと気をニーズの製造時に混入型膜へのトラフィックも検討されているエンベロープ糖蛋白。など、セルの特定のウイルスの封筒の糖蛋白質が表されるトランスフェクション条件のように蛍光アッセイと細胞内局在を可視化および/または範囲の保持信号をチェックして知っていることが重要です。蛋白質。また、プロトコルは、生産し、感染性をテストする手順を説明します、一方、ウイルスの封筒の糖蛋白質の新規粒子への取り込みを測定する方法を詳述されません。1 つの方法は、前述50,51 MERS コロナ ウイルス S 体用として粒子の濃厚溶液の西部のしみの試金を行うことです。これらのアッセイの MERS コロナ ウイルスのエンベロープ糖蛋白が、S タンパク質の粒子への取り込みを正常化できるようにする、MLV のキャプシド (p30) と共にプローブされます。このような試金分析ウイルスのエンベロープ糖蛋白質混入型の他の例は Sars-cov S 体用、HIV 1 レンチ pseudovirion システム32 、別 MLV 新規でエボラ糖タンパク質 (GP) に行われています。粒子システム17、インフルエンザ血球凝集素 (HA) とノイラミニダーゼ (NA) VSV 型38。新規粒子生産の特性の最近の発展は Nanosight など革新的イメージング デバイスの使用: 直接可視化、定量化、およびウイルス粒子50をサイズすることが出来ます。デバイスは、全体的な粒子生産されて詳細情報を提供します。ただし、エンベロープ糖蛋白結合に関する情報を提供はいないことを留意することが重要です。これらの汎用性の高い pseudovirion 粒子のアプリケーションの将来の方向性は単一粒子追跡、マイクロ流体システムと全反射蛍光顕微鏡60,61 を使用して個々 のウイルス融合イベントを分析するには ,62。このようなアプローチは、インフルエンザ ウイルス、猫コロナ ウイルス粒子、インフルエンザ HA- と NA-新規 VSV ベース型63に応用しました。コロナ ウイルス S 新規 MLV ベースの粒子に適用されるこのような技術の展開は、現在開発中です。
The authors have nothing to disclose.
有用なコメントのウィテカーとダニエルのラボのすべてのメンバーに感謝したいです。NIH によって提供された研究資金助成金 R21 AI111085 や R01 AI135270。技術移転を認めているコーネル大学、国立科学財団大学院研究フェローシップ プログラム番号の下で大統領の生命科学フェローシップからのサポートDGE-1650441。記念は、サミュエル ・ c. フレミング家族大学院特別研究員、国立科学財団大学院研究フェローシップ プログラム番号の下からサポートを認めています。DGE-1650441。この作品は、(標準偏差 G.R.W. し) 国立科学財団 1504846 に支えられています。
Human embryonic kidney (HEK) HEK-293T/17 cells | ATCC | CRL-11268 | Clone 17 cells are highly competent for transfection. |
African green monkey kidney epithelial Vero-E6 cells | ATCC | CRL-1586 | |
Human hepatic Huh-7 cells | Japan National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition | JCRB0403 | |
Inverted light microscope with 10 × objective | Nikon | TS100 | |
Dulbecco’s modification of Eagle's medium (DMEM) with 4.5 g/L glucose, L-glutamine without sodium pyruvate | Corning Mediatech | 10-017-CV | |
Heat-inactivated fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 1614071 | |
1 M N-2-hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulphonic acid (HEPES) | Corning Mediatech | 25-060-Cl | |
100 × penicillin-streptomycin (PS) solution | Corning Mediatech | 30-002-Cl | |
Dulbecco’s phosphate buffered saline (DPBS) with Ca2+ and Mg2+ | Corning Mediatech | 21-030-CV | |
0.25% trypsin, 2.21 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) 1 × solution | Corning Mediatech | 25-053-Cl | |
Cell counting slides with grids | Kova | 87144 | |
Opti-minimal essential medium (Opti-MEM) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 31985-070 | |
Lipofectamine 2000 transfection reagent | Thermo Fisher Scientific, Invitrogen | 11668-027 | |
0.45 µm pore-size sterile filter | Pall | 4184 | |
10 mL syringes | BD | 309604 | |
5 × luciferase assay lysis buffer | Promega | E1531 | |
Luciferin, substrate for luciferase assay | Promega | E1501 | |
Sterile water | VWR | E476-1L | |
GloMax 20/20 luminometer | Promega | 2030-100 |