Konakçı sodyum taurokolat birlikte taşınan polipeptit ile bağlanma afinitesini (KD) ölçmek için izotermal titrasyon kalorimetrisini kullanarak, viral giriş öncesi ve sonrası yaşam döngüsü aşamalarını hedefleyen anti-hepatit B virüsü (HBV) bileşiklerini taramak için bir protokol sunuyoruz. Antiviral etkinlik, viral yaşam döngüsü belirteçlerinin (cccDNA oluşumu, transkripsiyon ve viral montaj) baskılanması yoluyla belirlendi.
Hepatit B virüsü (HBV) enfeksiyonu hepatosellüler karsinom için çok önemli bir risk faktörü olarak kabul edilmiştir. Mevcut tedavi sadece viral yükü azaltabilir, ancak tam remisyon ile sonuçlanmaz. HBV enfeksiyonu için etkili bir hepatosit modeli, terapötik ajanların taranması için çok önemli olacak gerçek bir viral yaşam döngüsü sunacaktır. Mevcut anti-HBV ajanlarının çoğu, viral girişten sonraki yaşam döngüsü aşamalarını hedefler, ancak viral girişten önce değil. Bu protokol, viral giriş öncesi ve viral giriş sonrası yaşam döngüsü aşamalarını hedefleyen terapötik ajanları tarayabilen yetkin bir hepatosit modelinin oluşturulmasını detaylandırmaktadır. Bu, sodyum taurokolat kotransporting polipeptit (NTCP) bağlanmasının, cccDNA oluşumunun, transkripsiyonun ve konakçı hücreler olarak imHC veya HepaRG’ye dayalı viral montajın hedeflenmesini içerir. Burada, HBV giriş inhibisyon testi, HBV bağlama ve NTCP aracılığıyla taşıma işlevlerini inhibe etmek için kurkumin kullandı. İnhibitörler, termodinamik parametrelere dayalı HBV ilaç taraması için evrensel bir araç olan izotermal titrasyon kalorimetrisi (ITC) kullanılarak NTCP ile bağlanma afinitesi (KD) açısından değerlendirildi.
Hepatit B virüsü (HBV) enfeksiyonu tüm dünyada hayatı tehdit eden bir hastalık olarak kabul edilmektedir. Kronik HBV enfeksiyonu karaciğer sirozu ve hepatosellüler karsinom riski taşır1. Mevcut anti-HBV tedavisi çoğunlukla nükleos(t)ide analogları (NA’lar) ve interferon-alfa (IFN-α)2,3 kullanılarak viral giriş sonrası çalışmalara odaklanmaktadır. Bir HBV giriş inhibitörü olan Myrcludex B’nin keşfi, anti-HBV ajanları4 için yeni bir hedef belirlemiştir. Kronik HBV’de giriş inhibitörleri ve NA’ların kombinasyonu, tek başına viral replikasyonu hedefleyenlere kıyasla viral yükü önemli ölçüde azaltmıştır 5,6. Bununla birlikte, HBV giriş inhibitörlerinin taranması için klasik hepatosit modeli, düşük viral reseptör seviyeleri (sodyum taurokolat kotransportan polipeptit, NTCP) ile sınırlıdır. Hepatoma hücrelerinde (yani, HepG2 ve Huh7) hNTCP’nin aşırı ekspresyonu, HBV enfeksiyonunu 7,8 geliştirir. Bununla birlikte, bu hücre hatları düşük faz I ve II ilaç metabolize edici enzimleri eksprese eder ve genetik instabilitesergiler 9. Previral giriş, NTCP bağlama ve viral giriş gibi aday anti-HBV bileşiklerinin farklı mekanizmalarını hedeflemeye yardımcı olabilecek hepatosit modelleri, etkili kombinasyon rejimlerinin tanımlanmasını ve geliştirilmesini hızlandıracaktır. Kurkuminin anti-HBV aktivitesi için yapılan çalışma, viral giriş kesintisine ek olarak yeni bir mekanizma olarak viral girişin inhibisyonunu aydınlatmıştır. Bu protokol, anti-HBV giriş molekülleri10’un taranması için bir konak modelini detaylandırır.
Bu yöntemin amacı, viral giriş inhibisyonu için aday anti-HBV bileşiklerini araştırmak, özellikle NTCP bağlanmasını ve taşınmasını engellemektir. NTCP ekspresyonu HBV girişi ve enfeksiyonu için kritik bir faktör olduğundan, NTCP seviyeleri11’i en üst düzeye çıkarmak için hepatosit olgunlaşma protokolünü optimize ettik. Ek olarak, bu protokol HBV girişi üzerindeki inhibitör etkiyi HBV ekinin inhibisyonu ve içselleştirmenin inhibisyonu olarak ayırt edebilir. Taurokolik asit (TCA) alım testi, NTCP transport12,13’ü temsil etmek için radyoizotop yerine ELISA bazlı bir yöntem kullanılarak da modifiye edildi. Reseptör ve ligand etkileşimi 3D yapıları14,15 ile doğrulandı. NTCP fonksiyonunun inhibisyonu, TCA alım aktivitesi16 ölçülerek değerlendirilebilir. Bununla birlikte, bu teknik, NTCP’nin aday inhibitörlere bağlandığına dair doğrudan kanıt sağlamamıştır. Bu nedenle, yüzey plazmon rezonansı17, ELISA, floresan bazlı termal kayma testi (FTSA) 18, FRET19, AlphaScreen ve diğer çeşitli yöntemler20 gibi çeşitli teknikler kullanılarak bağlanma araştırılabilir. Bu teknikler arasında ITC, bağlanma analizinde bir hedef standarttır, çünkü hemen hemen her reaksiyonda ısı emilimini veya emisyonu gözlemleyebilir21. NTCP ve aday bileşiklerin bağlanma afinitesi (KD) doğrudan ITC kullanılarak değerlendirildi; Bu afinite değerleri, in silico tahmin modeli22 kullanılarak elde edilenlerden daha kesindi.
Bu protokol hepatosit matürasyonu, HBV enfeksiyonu ve HBV giriş inhibitörü taramasındaki teknikleri kapsar. Kısaca imHC ve HepaRG hücre hatlarına dayalı bir hepatosit modeli geliştirilmiştir. Kültürlenmiş hücreler 2 hafta içinde olgun hepatositlere farklılaştırıldı. NTCP düzeylerinin yukarı regülasyonu gerçek zamanlı PCR, western blot ve flow sitometri11 kullanılarak tespit edildi. Hepatit B virion (HBVcc) HepG2.2.15’ten üretildi ve toplandı. Diferansiye imHC veya HepaRG (d-imHC, d-HepaRG), HBV virion ile aşılamadan 2 saat önce anti-HBV adayları ile profilaktik olarak tedavi edildi. Deneyin beklenen sonucu, hücresel HBV ve infektiviteyi azaltan ajanların tanımlanmasıydı. Anti-NTCP aktivitesi TCA alım testi kullanılarak değerlendirildi. NTCP etkinliği, NTCP’yi özel olarak bağlayan aracılar tarafından bastırılabilir. ITC tekniği, inhibitörleri ve hedef proteinlerini tahmin edebilen etkileşimli bağlanmanın fizibilitesini araştırmak, biyomoleküler kompleksin kovalent olmayan etkileşimleri yoluyla reseptör için ligandın bağlanma afinitesini (KD) belirlemek için kullanıldı23,24. Örneğin, K D ≥ 1 × 103 mM zayıf bağlanmayı, K D ≥ 1 × 106 μM orta derecede bağlanmayı ve K D ≤ 1 × 109 nM güçlü bağlanmayı temsil eder. ΔG, bağlanma etkileşimleri ile doğrudan ilişkilidir. Özellikle, negatif ΔG’li bir reaksiyon, bağlanmanın kendiliğinden bir süreç olduğunu gösteren ekzergonik bir reaksiyondur. Negatif bir ΔH ile reaksiyon, bağlanma işlemlerinin hidrojen bağlarına ve Van der Waals kuvvetlerine bağlı olduğunu gösterir. Hem TCA alımı hem de ITC verileri, anti-HBV giriş ajanlarını taramak için kullanılabilir. Bu protokollerin sonuçları sadece anti-HBV taraması için değil, aynı zamanda bağlanma afinitesi ve taşıma fonksiyonu ile değerlendirilen NTCP ile etkileşim için de bir temel sağlayabilir. Bu yazıda konakçı hücre hazırlığı ve karakterizasyonu, deneysel tasarım ve anti-HBV girişinin NTCP bağlanma afinitesi ile birlikte değerlendirilmesi anlatılmaktadır.
HBV enfeksiyonu, hepatositler25 üzerindeki heparan sülfat proteoglikanlarına (HSPG’ler) düşük afiniteli bağlanma ile başlatılır, ardından endositoz26 yoluyla daha sonra içselleştirme ile NTCP’ye bağlanır. NTCP, HBV girişi için çok önemli bir reseptör olduğundan, HBV girişini hedeflemek, de novo enfeksiyonu, anneden çocuğa bulaşmayı (MTCT) ve karaciğer nakli sonrası nüksünü azaltmak için klinik olarak çevrilebilir. Viral girişin kes…
The authors have nothing to disclose.
Bu araştırma projesi, Mahidol Üniversitesi ve Tayland Bilim Araştırma ve İnovasyon (TSRI) tarafından ayrı ayrı A. Wongkajornsilp ve K. Sa-ngiamsuntorn’a verilen desteklenmektedir. Bu çalışma, Ulusal Yüksek Öğretim Bilim Araştırma ve İnovasyon Politikası Konseyi Ofisi tarafından Rekabet Edebilirlik Program Yönetim Birimi (hibe numarası C10F630093) aracılığıyla finansal olarak desteklenmiştir. A. Wongkajornsilp Mahidol Üniversitesi Siriraj Hastanesi Tıp Fakültesi Chalermprakiat hibesi sahibidir. Yazarlar, ITC tekniğindeki yardımları için Bayan Sawinee Seemakhan’a (Mahidol Üniversitesi Fen Fakültesi, İlaç Keşfi Mükemmel Merkezi) teşekkür eder.
Cell lines | |||
HepaRG Cells, Cryopreserved | Thermo Fisher Scientific | HPRGC10 | |
Hep-G2/2.2.15 Human Hepatoblastoma Cell Line | Merck | SCC249 | |
Reagents | |||
4% Paraformadehyde Phosphate Buffer Solution | FUJIFLIM Wako chemical | 163-20145 | |
BD Perm/Wash buffer | BD Biosciences | 554723 | Perm/Wash buffer |
Cyclosporin A | abcam | 59865-13-3 | |
EDTA | Invitrogen | 15575-038 | 8 mM |
G 418 disulfate salt | Merck | 108321-42-2 | |
Halt Protease Inhibitor Cocktail EDTA-free (100x) | Thermo Scientific | 78425 | |
HEPES | Merck | 7365-45-9 | |
illustraTM RNAspin Mini RNA isolation kits | GE Healthcare | 25-0500-71 | |
illustra RNAspin Mini RNA Isolation Kit | GE Healthcare | 25-0500-71 | |
ImProm-II Reverse Transcription System | Promega | A3800 | |
KAPA SYBR FAST qPCR Kit | Kapa Biosystems | KK4600 | |
Lenti-X Concentrator | Takara bio | PT4421-2 | concentrator |
Luminata crescendo Western HRP substrate | Merck | WBLUR0100 | |
Master Mix (2x) Universal | Kapa Biosystems | KK4600 | |
Nucleospin DNA extraction kit | macherey-nagel | 1806/003 | |
Phosphate buffered saline | Merck | P3813 | |
Polyethylene glycol 8000 | Merck | 25322-68-3 | |
ProLong Gold Antifade Mountant | Thermo scientific | P36930 | |
Recombinant NTCP | Cloud-Clone | RPE421Hu02 | |
RIPA Lysis Buffer (10x) | Merck | 20-188 | |
TCA | Sigma | 345909-26-4 | |
TCA Elisa kit | Mybiosource | MB2033685 | |
Triton X-100 | Merck | 9036-19-5 | |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25200072 | Dilute to 0.125% |
Antibodies | |||
Anti-NTCP1 antibody | Abcam | ab131084 | 1:100 dilution |
Anti-GAPDH antibody | Thermo Fisher Scientific | AM4300 | 1:200,000 dilution |
HRP-conjugated goat anti-rabbit antibody | Abcam | ab205718 | 1:10,000 dilution |
HRP goat anti-mouse secondary antibody | Abcam | ab97023 | 1:10,000 dilution |
Goat anti-Rabbit IgG Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11008 | 1:500 dilution |
Reagent composition | |||
1° Antibody dilution buffer | |||
1x TBST | |||
3% BSA | Sigma | A7906-100G | Working concentration: 3% |
Sodium azide | Sigma | 199931 | Working concentration: 0.05% |
Hepatocyte Growth Medium | |||
DME/F12 | Gibco | 12400-024 | |
10% FBS | Sigma Aldrich | F7524 | |
1% Pen/Strep | HyClon | SV30010 | |
1% GlutaMAX | Gibco | 35050-061 | |
Hepatic maturation medium | |||
Williams’ E medium | Sigma Aldrich | W4125-1L | |
10% FBS | Sigma Aldrich | F7524 | |
1% Pen/Strep | HyClon | SV30010 | |
1% GlutaMAX | Gibco | 35050-061 | |
5 µg/mL Insulin | Sigma Aldrich | 91077C-100MG | |
50 µM hydrocotisone | Sigma Aldrich | H0888-1g | |
2% DMSO | PanReac AppliChem | A3672-250ml | |
IF Blocking solution | |||
1x PBS | Gibco | 21300-058 | |
3% BSA | Sigma | A7906-100G | Working concentration: 3% |
0.2% Triton X-100 | Sigma | T8787 | Working concentration: 0.2% |
RIPA Lysis Buffer Solution | Merck | 20-188 | Final concentration: 1X |
Protease Inhibitor Cocktail | Thermo Scientific | 78425 | Final concentration: 1X |
Na3VO4 | Final concentration: 1 mM | ||
PMSF | Final concentration: 1 mM | ||
NaF | Final concentration: 10 mM | ||
Western blot reagent | |||
10x Tris-buffered saline (TBS) | Bio-Rad | 170-6435 | Final concentration: 1X |
Tween 20 | Merck | 9005-64-5 | |
1x TBST | 0.1% Tween 20 | ||
1x PBS | Gibco | 21300-058 | |
Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | A53225 | |
Polyacrylamide gel | Bio-Rad | 161-0183 | |
Ammonium Persulfate (APS) | Bio-Rad | 161-0700 | Final concentration: 0.05% |
TEMED | Bio-Rad | 161-0800 | Stacker gel: 0.1%, Resolver gel: 0.05% |
2x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 161-0737 | Final concentration: 1X |
Precision Plus Protein Dual Color Standards | Bio-Rad | 161-0374 | |
WB Blocking solution/ 2° Antibody dilution buffer | |||
1x TBST | |||
5% Skim milk (nonfat dry milk) | Bio-Rad | 170-6404 | Working concentration: 5% |
1x Running buffer 1 L | |||
10x Tris-buffered saline (TBS) | Bio-Rad | 170-6435 | Final concentration: 1X |
Glycine | Sigma | G8898 | 14.4 g |
SDS | Merck | 7910 | Working concentration: 0.1% |
Blot transfer buffer 500 mL | |||
10x Tris-buffered saline (TBS) | Bio-Rad | 170-6435 | Final concentration: 1X |
Glycine | Sigma | G8898 | 7.2 g |
Methanol | Merck | 106009 | 100 mL |
Mild stripping solution 1 L | Adjust pH to 2.2 | ||
Glycine | Sigma | G8898 | 15 g |
SDS | Merck | 7910 | 1 g |
Tween 20 | Merck | 9005-64-5 | 10 mL |
Equipments | |||
15 mL centrifuge tube | Corning | 430052 | |
50 mL centrifuge tube | Corning | 430291 | |
Airstream Class II | Esco | 2010621 | Biological safety cabinet |
CelCulture CO2 Incubator | Esco | 2170002 | Humidified tissue culture incubator |
CFX96 Touch Real-Time PCR Detector | Bio-Rad | 1855196 | |
FACSVerse Flow Cytometer | BD Biosciences | 651154 | |
Graduated pipettes (10 mL) | Jet Biofil | GSP010010 | |
Graduated pipettes (5 mL) | Jet Biofil | GSP010005 | |
MicroCal PEAQ-ITC | Malvern | Isothermal titration calorimeters | |
Mini PROTEAN Tetra Cell | Bio-Rad | 1658004 | Electrophoresis chamber |
Mini Trans-blot absorbent filter paper | Bio-Rad | 1703932 | |
Omega Lum G Imaging System | Aplegen | 8418-10-0005 | |
Pipette controller | Eppendorf | 4430000.018 | Easypet 3 |
PowerPac HC | Bio-Rad | 1645052 | Power supply |
PVDF membrane | Merck | IPVH00010 | |
T-75 A91:D106flask | Corning | 431464U | |
Trans-Blot SD Semi-Dry Transfer Cell | Bio-Rad | 1703940 | Semi-dry transfer cell |
Ultrasonic processor (Vibra-Cell VCX 130) | Sonics & Materials | ||
Versati Tabletop Refrigerated Centrifuge | Esco | T1000R | Centrifuge with swinging bucket rotar |