نقدم هنا، بروتوكولا لوصف تقنية تضخيم بريون بسيطة وسريعة وفعالة، طريقة التحويل في الوقت الحقيقي التي يسببها مهتز (RT-كويك).
أسلوب RT كويك حساسة في المختبر بريون الخلية الحرة تضخيم مقايسة تستند أساسا إلى المصنف ميسفولدينج وتجميع المؤتلف بريون البروتين (PrP) الركيزة باستخدام بذور بريون كقالب للتحويل. RT كويك هو أسلوب رواية الفائق الذي يماثل في الوقت الحقيقي البلمرة المتسلسل (PCR). ويستند الكشف عن نمو فيبريل اميلويد صبغ ثيوفلافين T، الذي فلوريسسيس عند محددة من التفاعل مع البروتينات الغنية ᵦ–ورقة. وهكذا، يمكن الكشف عن تشكيل اميلويد في الوقت الحقيقي. لقد حاولنا في تطوير اختبار فرز غير الغازية يمكن الاعتماد عليها لاكتشاف البريونات (CWD) مرض الهزال المزمن في استخراج البراز. هنا، نحن تكيفت على وجه التحديد تقنية RT كويك تكشف PrPSc البذر النشاط في براز CWD المصابة سيرفيدس. في البداية، كان نشاط بذر مقتطفات البراز ونحن على استعداد منخفضة نسبيا في الرايت-كويك، ربما بسبب مثبطات الإنزيم المحتملة في المواد البرازية. لتحسين النشاط بذر مقتطفات البراز وإزالة مثبطات الإنزيم المحتملة، ونحن تجانس عينات البراز في المخزن مؤقت الذي يحتوي على المنظفات ومثبطات البروتياز. كما قدمنا العينات لمنهجيات مختلفة تركز PrPاتفاقية استكهولم على أساس ترسيب البروتين باستخدام حمض فوسفوتونجستيك الصوديوم، وقوة الطرد المركزي. أخيرا، تم اختبار مقتطفات البراز بالامثل RT-كويك التي شملت استبدال الركيزة في البروتوكول تحسين حساسية الكشف. وهكذا أنشأنا بروتوكولا للكشف عن حساسية بريون CWD البذر النشاط في براز سيرفيدس ما قبل السريرية والسريرية التي RT-كويك، التي يمكن أن تكون أداة عملية لتشخيص CWD غير الغازية.
أمراض بريون أو الاعتلال الاسفنجي (تسي) اضطرابات الأعصاب بما في ذلك كروتزفيلد-جاكوب (جاكوب) في البشر، والتهاب الدماغ الاسفنجي البقري (مرض جنون البقر) في الماشية، الرعاش في الأغنام والماعز، والهزال المزمن المرض (CWD) في سيرفيدس 1،2. الاسفنجي تتميز بالمظهر الاسفنجي مميزة وفقدان الخلايا العصبية في الدماغ. طبقاً لفرضية “البروتين فقط”، البريونات هي تتألف أساسا من الحزب الثوريSc (‘المحكمة العليا’ الرعاش) 3، isoform تجمعات من البروتين ترميز المضيف بريون الخلوية، الحزب الثوريج. PrPSc ناتجة عن تحويل PrPج إلى المطابقة التخصيب في5، 4،ᵦ-أوراق6 التي يمكن أن تعمل كبذرة لربط وتحويل الجزيئات PrPج الأخرى. جزيئات PrPاتفاقية استكهولم الذي تم إنشاؤه حديثا أدرجت في 7،بوليمر تنامي8 الذي اخترق ليغومرات الأصغر، أسفرت عن أكبر عدد من الأنوية المعدية. PrPاتفاقية استكهولم هو عرضه للتجميع ومقاومة جزئيا إلى 9،البروتياز10.
CWD يؤثر الأيائل البرية والمستزرعة (سيرفوس canadensis)، والوعول (هيميونوس أودوكويليوس)، والأبيض – الذيل الغزلان (يوم الذكرى العالمي؛ فيرجينيانوس أودوكويليوس)، موس (السيس السيس)، والرنة (رانجيفير تاراندوس تاراندوس) 11،،من1213. ويعتبر هذا المرض بريون المعدي أكثر مع انتقال أفقي يفضلها سيرفيد التفاعلات والثبات البيئي للعدوى 14،15. خلافا لسائر الأمراض بريون حوصر فيها تراكم PrPاتفاقية استكهولم والعدوى إلى المخ، في CWD هذه توجد أيضا في الأنسجة المحيطية وسوائل الجسم مثل اللعاب والبول والبراز 16،17، 18.
إيمونوهيستوتشيميستري يعتبر معيار الذهب لتشخيص CWD الكشف عن توزيع PrPاتفاقية استكهولم والإسفنجي آفات 19،20. أليسا وفي حالات نادرة، كما تستخدم لطخة غربية لتشخيص CWD. وهكذا، تشخيص المرض بريون الحالي يعتمد أساسا على اكتشاف البريونات في الأنسجة بعد الوفاة. يتوفر التشخيص الوفاة ل CWD بأخذ اللوزتين أو خزعات يمنى الشرج الأنسجة اللمفاوية المرتبطة بالغشاء المخاطي (رامالت)؛ ومع ذلك، هذا الإجراء الغازية ويتطلب القبض على الحيوانات. وهكذا، سيكون استخدام العينات الوصول إليها بسهولة، مثل البول والبراز، طريقة عملية لكشف بريون CWD. بيد تلك الفضلات هاربور المنخفضة نسبيا لتركيزات البريونات الكشف عن الحد الأدنى لطرق التشخيص الحالية. ونتيجة لذلك، هناك حاجة إلى أداة تشخيصية أكثر حساسية وعالية إنتاجية. في المختبر نظم التحويل، مثل البروتين misfolding التضخيم دوري الاعتداء (بمكا) 21، اميلويد بذر المقايسة، والتحويل في الوقت الحقيقي التي يسببها مهتز (RT-كويك) مقايسة 22،23، 24 أدوات قوية جداً استغلال قدرة ذاتية نشر PrPاتفاقية استكهولم على تقليد في المختبر بريون عملية التحويل وتضخيم وبالتالي وجود كميات دقيقة من الحزب الثوري الشعبياتفاقية استكهولم إلى مستويات لا يمكن اكتشافها 25 ،26. ومع ذلك، يأخذ الأسلوب RT كويك، استفادة حقيقة أن المنتج تحويل أثري في هيكل الثانوية β-ورقة تحديداً ربط ثيوفلافين تي (ال تي). ولذلك، ينمو PrP المؤتلف (ربرب) عند تحويل المصنف إلى ييفات اميلويد الذي ربط ال تي، وهكذا يمكن الكشف عن في الوقت الحقيقي عن طريق قياس الأسفار من ال تي معبراً عنها بوحدات fluorescence النسبي (رفو) مع مرور الوقت. مجرد رصد، يمكن استخدامها في رفو لتقييم أنشطة بذر النسبي، والمعايير الكمية مثل مرحلة انتقالية. يمثل مرحلة انتقالية الوقت (ح) المطلوب للوصول إلى العتبة، خلال الذي ربرب التحويل في المرحلة المبكرة من رد فعل أقل من الحد الكشف من الأسفار ال تي. عند نهاية المرحلة الفاصلة الواضحة، الملازمة لتشكيل نواة اميلويد كافية (نويات/استطالة)، الأسفار ال تي يتجاوز مستوى الحد الأدنى ويصبح إيجابيا. نمو اميلويد ويمكن الكشف عن ييفات في الوقت الحقيقي، و الحزب الثوري الأولىاتفاقية استكهولم أو بذر النشاط الواردة في العينة يتم تضخيمه بتجزئة الذي يولد المزيد من البذور. هذه البذور يدفع بدوره إلى مرحلة أسي سريع لنمو الألياف اميلويد.
لأن هذا التحليل قادرة على كشف منخفضة 1 fg PrPاتفاقية استكهولم 24، حساسية عالية يؤهل هذا الأسلوب لتحقيق الوفاة أنتي أو التشخيص غير الغازية عن طريق الكشف عناتفاقية استكهولم من الحزب الثوري الشعبي في مختلف الأنسجة الطرفية، والإفرازات أو غيرها أنواع العينة إيواء مستويات منخفضة من العدوى. RT كويك يوفر بالتأكيد مزايا أكثر من غيرها فحوصات لإمكانية تكرار نتائج والتطبيق العملي، والسرعة (أقل من 50 ح) وتكاليف منخفضة مقارنة بالمقايسة. وهو يتجنب التعقيدات التقنية مثل سونيكيشن المستخدمة في بمكا؛ أيضا، فإنه يتم في ميكروسكوبية مختومة الشريط الذي يقلل من خطر تلوث الهباء الجوي لكل بئر. ويمكن تنسيق متعدد جيدا تحليل عينات تصل إلى 96 في نفس التجربة. لمواجهة هذه المشكلة المتكررة من إيجابيات كاذبة والتحويل التلقائي من ربرب في فحوصات التحويل في المختبر تنفيذ عتبة (الوقف) في الرايت كويك مفيد جداً. في الواقع، استناداً إلى نتائج المراقبة السلبية (رفو متوسط العينات السلبية + 5 SD 27)، أساس هو إعداد من الذي يمكن أن يتم التمييز بين نماذج إيجابية وسلبية. وهكذا يمكن أن تساعد استخدام replicates أربعة لكل عينة لتحديد عينة إيجابية عند 50 في المائة على الأقل من replicates إظهار إشارة إيجابية، أي عبور وقف إنتاج المواد الانشطارية 28. ليس مطلوباً التماثل بين البذور والركيزة في الرايت-كويك، كما مثلاً في دراسة سابقة، ربرب الهامستر تم العثور على أن تكون أكثر حساسية ركيزة الركيزة مثلى في البشر PrPجنون بالمقارنة مع المصنف والمصنف الرعاش الأغنام ردود فعل 29. ربرب تشيميريك الهامستر-الأغنام كما اقترح أن تكون ركيزة أكثر مناسبة من ربرب البشرية لاكتشاف البريونات جاكوب المتغير البشري 30. وهكذا، استخدام ركائز ربرب من مختلف الأنواع شائعة جداً في هذا التحليل. هذا التحليل قد طبقت بنجاح على عدة أمراض بريون، مثل متفرقة جاكوب 31،،من3233، الجنرالأمراض بريون آتيك 34ومرض جنون البقر 35،،من3637والرعاش 23،36و CWD 38،39،،من4041، 42. الدراسات باستخدام معالجة النخاعي وكل الدم واللعاب والبول كما البذور في الرايت كويك كانت كلها ناجحة للكشف عن الحزب الثوريSc 38،39،،من4041، 42-لتعزيز قدرة الكشف في عينات مثل بلازما الدم التي قد تحتوي على مثبطات لتشكيل اميلويد، Orrú وآخرون. ووضعت استراتيجية لإزالة الموانع المحتملة لتشكيل اميلويد بتمشيط PrPSc إيمونوبريسيبيتيشن (IP) الخطوة و RT-قويك (2011)، والمسمى ” زيادة قويك ” المقايسة (إكويك). وبالإضافة إلى ذلك، استخدمت خطوة استبدال الركيزة بعد ~ 24 ساعة وقت رد الفعل من أجل تحسين الحساسية. وفي نهاية المطاف، ك ag من الحزب الثوري الشعبياتفاقية استكهولم منخفضة 1 كان يمكن كشفها بواسطة إكويك 30.
من أجل تنقية مقتطفات البراز وإزالة مثبطات الإنزيم الممكنة في البراز، كانت تجانس عينات البراز التي جمعت في المراحل السريرية والسريرية من الأيائل على العدوى عن طريق الفم التجريبية في مخزن يحتوي على المنظفات ومثبطات البروتياز. كذلك قدمت مقتطفات البراز إلى منهجيات مختلفة تركيز PrPاتفاقية استكهولم في العينات التي تستخدم ترسيب البروتين عن طريق الصوديوم فوسفوتونجستيك هطول الأمطار الحمضية (ناتا). الأسلوب هطول الأمطار ناتا، وصف لأول مرة من صفر et al. 43، يستخدم لتركيز PrPاتفاقية استكهولم في عينات الاختبار. الحضانة ناتا مع نتائج العينة في هطول الأمطار التفضيلية PrPSc بدلاً من الحزب الثوريج. ومع ذلك، الآلية الجزيئية لا تزال غير واضحة. وساعدت هذه الخطوة أيضا احتواء ومنع التحويل التلقائي من ربرب، الذي لوحظ في بعض الحالات. أخيرا، تم اختبار مقتطفات البراز بالامثل RT-كويك استخدام الماوس ربرب (aa 23-231) كركيزة، بما في ذلك استبدال الركيزة في البروتوكول تحسين حساسية الكشف.
وتبين النتائج هنا أن هذه الطريقة تحسن يمكن الكشف عن تركيزات منخفضة جداً من البريونات CWD، ويزيد من حساسية الكشف والتحديد في عينات البراز مقارنة ببروتوكول دون استبدال هطول الأمطار والركيزة نابتا. يحتمل أن هذا الأسلوب يمكن تطبيقه على الأنسجة وسوائل الجسم الأخرى، ويمكن أن تكون ذات فائدة كبيرة لمراقبة CWD في سيرفيدس البرية والاسيرة.
RT كويك كان يعمل على اكتشاف البريونات CWD في البول والبراز مقتطفات من الأبيض – الذيل الغزلان والوعول شفويا المصابة 38سابقا. النظام هو مبين في هذه المخطوطة أسلوب تكييف للمقايسة RT كويك. وأدرجت خطوات إضافية في مقايسة RT كويك “الكلاسيكية” لتحسين الكشف والحساسية للمقايسة البريونات CWD ?…
The authors have nothing to disclose.
ونحن ممتنون للدكتور بايرون كاوغيي (مختبرات الجبال الصخرية المعاهد الوطنية للصحة) لتوفير التدريب وبلازميد التعبير البكتيرية PrP سيرفيد. ويدعم البرنامج “كرسي أبحاث كندا” SG. نحن نعترف بتمويل هذه البحوث إلى سان جرمان من كندا، ألبرتا بريون أبحاث معهد الجينوم والبرتا الزراعة والغابات من خلال الجينوم ألبرتا، وجامعة كالغاري دعما لهذا العمل. نعترف بمنحه بحثية من مؤسسة “البحوث الحيوانية” غن مارغريت.
Materials | |||
Acrodisc seringe filters | PALL | 4652 | |
amicon Ultra-15 Centrifugal filter Unit | Millipore | UCF901024 | |
BD 10 ml seringe | VWR | CA75846-842 | |
Chloramphenicol | Sigma-Aldrich | C0378 | |
Corning bottle-top vacuum filters | Sigma-Aldrich | 431118 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | E4884 | |
gentleMACS M Tube | Miltenyi Biotec | 130-093-236 | |
Guanidine hydrochloride | Sigma-Aldrich | G4505 | |
Imidazole | Sigma-Aldrich | I5513 | |
Isopropanol | Sigma-Aldrich | I9516 | |
Kanamycin sulfate | Sigma-Aldrich | 60615 | |
Luria-Bertani (LB) broth | ThermoFisher Scientific | 12780029 | |
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M9272 | |
N2 supplement (100X) | ThermoFisher Scientific | 15502048 | |
N-lauroylsarcosine sodium salt (sarkosyl) | Sigma-Aldrich | ML9150 | |
Nanosep centrifugal devices with omega membrane 100K | PALL | OD100C34 | |
Nunc sealing tapes | ThermoFisher Scientific | 232702 | |
Parafilm M | VWR | 52858-000 | |
phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | |
Protease inhibitor tablet | Roche | 4693159001 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Sodium deoxycholate | Sigma-Aldrich | D6750 | |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Calbiochem | 7910-OP | |
sodium phosphate | Sigma-Aldrich | 342483 | |
Sodium phosphate dibasic anhydrous | Sigma-Aldrich | S9763 | |
Sodium phosphate monobasic monohydrate | Sigma-Aldrich | S9638 | |
Sodium phosphotungstate hydrate (NaPTA) | Sigma-Aldrich | 496626 | |
Thioflavin T | Sigma-Aldrich | T3516 | |
Tris-Hydroxy-Methyl-Amino-Methan (Tris) | Sigma-Aldrich | T6066 | |
Triton-100 | Calbiochem | 9410-OP | |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | P7949 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Commercial buffers and solutions | |||
BugBuster Master Mix | Nogagen | 71456-4 | |
Ni-NTA superflow | Qiagen | 1018401 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) pH 7.4 (1X) | Life Technoligies | P5493 | |
UltraPure Distilled Water | Invitrogen | 10977015 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Standards and commercial kits | |||
Express Autoinduction System 1 | Novagen | 71300-4 | |
Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23227 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment setup | |||
AKTA protein purification systems FPLC | GE Healthcare Life Sciences | ||
Beckman Avanti J-25 Centrifuge | Beckman Coulter | ||
Beckman rotor JA-25.50 | Beckman Coulter | ||
Beckman rotor JA-10 | Beckman Coulter | ||
FLUOstar Omega microplate reader | BMG Labtech | ||
gentleMACS Dissociator | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sofware | |||
MARS Data Analysis | BMG Labtech | ||
GraphPad Prism6 | GraphPad software |