Les virus de la grippe A (IvIV) sont des agents pathogènes respiratoires contagieux qui causent des épidémies annuelles et des pandémies occasionnelles. Ici, nous décrivons un protocole pour suivre des infections virales in vivo utilisant une luciferase recombinante nouvelle et fluorescence-exprimant bi-reporter IAV (BIRFLU). Cette approche fournit aux chercheurs un excellent outil pour étudier l’IAV in vivo.
Les virus de la grippe A (IvIV) causent des maladies respiratoires humaines qui sont associées à des conséquences économiques et sanitaires importantes. Comme pour d’autres virus, l’étude de la LUTTE anti-I nécessite l’utilisation d’approches secondaires laborieuses pour détecter la présence du virus dans les cellules infectées et/ou dans les modèles animaux d’infection. Cette limitation a été récemment contournée avec la génération de IAV recombinants exprimant facilement traçablefluorescent ou bioluminescent (luciferase) protéines reporter. Cependant, les chercheurs ont été forcés de sélectionner des gènes de reporter fluorescents ou de luciferase en raison de la capacité restreinte du génome de l’IAV pour inclure des séquences étrangères. Pour surmonter cette limitation, nous avons généré une réplication recombinante-compétente bi-reporter IAV (BIRFLU) exprimant de façon stable à la fois un gène fluorescent et un journaliste luciferase pour suivre facilement les infections par le VI in vitro et in vivo. À cette fin, les segments viraux non structuraux (NS) et hémagglutinine (HA) de la grippe A/Puerto Rico/8/34 H1N1 (PR8) ont été modifiés pour coder la Vénus fluorescente et les protéines bioluminescentes de luciférase Nanoluc, respectivement. Ici, nous décrivons l’utilisation de BIRFLU dans un modèle de souris de l’infection par le VI et la détection des deux gènes reporter à l’aide d’un système d’imagerie in vivo. Notamment, nous avons observé une bonne corrélation entre les expressions des journalistes et la réplication virale. La combinaison de techniques de pointe en biologie moléculaire, en recherche animale et en technologie d’imagerie offre aux chercheurs l’occasion unique d’utiliser cet outil pour la recherche sur la grippe, y compris l’étude des interactions virus-hôtes et la dynamique des infections virales. Fait important, la faisabilité de modifier génétiquement le génome viral pour exprimer deux gènes étrangers provenant de différents segments viraux ouvre la possibilité d’utiliser cette approche pour : (i) le développement de nouveaux vaccins anti-IAV, (ii) la génération de IAV recombinants qui peuvent être utilisés comme vecteurs vaccinaux pour le traitement d’autres infections pathogènes humaines.
Le virus de la grippe A (IAV) est un virus d’ARN segmenté à sens négatif à un seul brin de la famille des Orthomyxoviridae 1,2,3. L’Organisation mondiale de la Santé (OMS) estime 3 à 5 millions de cas de grippe annuels et plus de 250 000 décès dus à la grippe dans le monde4,5,6. Les groupes particulièrement vulnérables à la grippe sont les personnes âgées, les personnes immunodéprimées et les enfants7,8,9,10,11. Bien que les vaccins soient disponibles et représentent l’intervention la plus courante et la plus efficace contre l’infection virale, le IAV est capable d’évoluer rapidement et d’échapper à l’immunité préexistante3,12,13, 14 (en) , 15. La réapparition d’une souche pandémique H1N1 en 2009 et l’émergence d’un IAV pathogène réitèrent la menace constante pour la santé publique humaine dans le monde4,16.
Lors d’une épidémie ou d’une pandémie, il est crucial de déterminer rapidement la pathogénicité et la transmissibilité des virus nouvellement isolés. Les techniques actuellement disponibles pour détecter le virus prennent beaucoup de temps et nécessitent parfois l’utilisation d’approches laborieuses, ce qui peut retarder l’achèvement de ces analyses17,18,19,20. En outre, les tests viraux actuels sont difficiles à intensifier, ce qui pourrait être nécessaire en cas d’éclosion. Enfin, l’utilisation de modèles animaux validés d’infection, tels que les souris, les cobayes et les furets, est couramment utilisée et est essentielle à l’étude des infections grippales, des réponses immunitaires et de l’efficacité de nouveaux vaccins et/ou antiviraux. Cependant, ces modèles sont restrictifs en raison de l’incapacité d’observer la dynamique virale en temps réel; cela limite les études à l’imagerie statique des infections virales21,22,23,24,25. Les animaux utilisés dans ces essais sont également euthanasiés afin de déterminer la charge virale, augmentant ainsi le nombre d’animaux nécessaires pour compléter ces études26. Pour contourner toutes ces limitations, de nombreux chercheurs s’appuient sur l’utilisation de recombinants réplication-compétents, journaliste-exprimant IAVs, qui sont capables d’accélérer les essais virologiques et de détecter la charge virale et la diffusion in vivo en temps réel26 ,27,28,29,30,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39,40,41. Fait important, ces AIV exprimant des journalistes sont capables de se répliquer de la même façon que les AIV de type sauvage (WT) dans la culture cellulaire et dans les modèles animaux d’infection33,42.
Les protéines fluorescentes et bioluminescentes sont deux systèmes de reporter couramment utilisés par les chercheurs en raison de leur sensibilité, de leur stabilité et de leur facilité d’utilisation. En outre, il ya un soutien énorme et l’avancement dans les technologies de détection de protéines fluorescentes et bioluminescentes43,44,45,46,47,48 . Les protéines fluorescentes et la luciferase ont différentes propriétés qui leur permettent de briller, en particulier différentes dans la façon dont les états excités sont générés et comment l’émetteur est détecté43,44,45, 46,47,48. Les protéines fluorescentes sont d’abord excitées par l’absorption de l’énergie, qui est ensuite libérée sous forme de lumière à une longueur d’onde différente à mesure que les molécules diminuent à un état d’énergie inférieur43. D’autre part, la bioluminescence est dérivée d’une réaction chimique exothermic qui implique un substrat, l’oxygène, et parfois l’ATP afin de produire la lumière45. En raison des propriétés variables de ces deux types de protéines reporter, l’un peut-être plus avantageux que l’autre en fonction de l’étude de l’intérêt. Alors que les protéines fluorescentes sont largement utilisées pour observer la localisation cellulaire28,41, leurs signaux in vivo ont une intensité insuffisante et sont souvent obscurcis par l’autofluorescence dans les tissus vivants49. Par conséquent, les chercheurs s’appuient sur les luciferases pour évaluer la dynamique virale chez les organismes vivants, bien que les protéines fluorescentes peuvent être préférées pour les études ex vivo50,51,52,53. Contrairement aux protéines fluorescentes, les luciferases sont plus pratiques pour les études in vivo et plus applicables dans les approches non invasives26,27,28,29,30 , 31 Ans, états-unis ( , 32 Ans, états-unis ( , 33 Ans, états-unis ( , 34 Ans, états-unis ( , 35 Annonces , 36 Annonces , 37 Ans, états-unis ( , 38 Annonces , 39 Ans et plus qu’ils , 40 ans, états-unis ( , 41 Ans, états-unis ( , 54. En fin de compte, en fonction du type d’étude, les chercheurs doivent choisir entre l’utilisation d’une protéine fluorescente ou d’une protéine de journaliste de luciferase comme lecture, qui soumet leur étude à un compromis de fonctionnalités et de sensibilités, et sévèrement limite l’utilité des virus des journalistes recombinants. En outre, on s’inquiète de la corrélation entre l’expression de différents gènes de reporter utilisant des systèmes de fluorescence ou de luciferase et de réplication ou de diffusion virale, ce qui pourrait compromettre l’interprétation des données obtenues avec les VSI exprimant des journalistes.
Nous avons surmonté cette limitation en générant une réplication recombinante-compétente bi-reporter IAV (BIRFLU) qui code à la fois pour une protéine fluorescente et une luciférase dans le même génome viral55 (Figure 1). Ici, NanoLuc luciferase (Nluc), une petite protéine bioluminescentebrillante 48, a été insérée en amont de la séquence d’hémagglutinine (HA) dans le segment viral HA de la grippe A/Puerto Rico/08/1934 H1N1 (PR8)24,33, 40,55,56,57. En outre, Vénus, une protéine fluorescente monomeric fréquemment utilisée, a été insérée dans le segment viral non structurel (NS)32,33,36,41,55. Puisque BIRFLU code pour les gènes de journaliste fluorescents et de luciferase, le signal de protéine de journaliste peut être employé comme readout pour déterminer la réplication et la diffusion viraleines in vitro ou in vivo55. Des informations supplémentaires concernant la génération et la caractérisation in vitro ou in vivo de BIRFLU peuvent être trouvées dans notre récente publication55. BIRFLU peut être utilisé pour tester l’efficacité des médicaments antiviraux ou neutraliser les anticorps par le biais d’un nouvel essai de microneutralisation fluorescente et bioluminescente55. En outre, BIRFLU peut également être utilisé pour évaluer la dynamique virale dans un modèle de souris de l’infection55. Dans ce manuscrit, nous décrivons les procédures pour caractériser BIRFLU55 in vitro et comment étudier l’infection DE BIRFLU chez les souris utilisant des systèmes in vivo d’imagerie de luminescence pour la détection de Nluc in vivo ou de Vénus ex vivo.
La combinaison de techniques de pointe en biologie moléculaire, en recherche animale et en technologie d’imagerie offre aux chercheurs l’occasion unique d’utiliser BIRFLU pour la recherche sur les IAV, y compris l’étude des interactions virus-hôtes, la dynamique de l’infection virale; l’élaboration de nouvelles approches vaccinales pour le traitement thérapeutique des infections à VIH ou l’utilisation potentielle du VI comme vecteur vaccinal pour le traitement d’autres infections pathogènes.
Les chercheurs se sont appuyés sur les virus recombinants exprimant des journalistes comme outils moléculaires vitaux pour comprendre et développer la compréhension actuelle de la réplication virale et de la pathogénie26,27,28, 29 Ans et plus , 30 Ans, états-unis ( , 31 Ans, états-unis ( , 32 Ans, états-unis ( , 33 Ans, états-unis ( , 34 Ans, états-unis ( , 35 Annonces , 36 Annonces , 37 Ans, états-unis ( , 38 Annonces , 39 Ans et plus qu’ils , 40 ans, états-unis ( , 41 Ans, états-unis ( , 54. Les gènes de reporter les plus couramment favorisés sont les luciferases et les protéines fluorescentes, principalement en raison des progrès technologiques dans leur identification, le développement de variantes améliorées, et la détection par les technologies d’imagerie43 , 44 Ans, en est à qui , 45 Annonces , 46 Annonces , 47 Annonces , 48. Les virus reporterres sont souvent utilisés pour accélérer les essais virologiques, étudier la dynamique des virus in vitro et in vivo, et tester l’efficacité des approches vaccinales et thérapeutiques actuellement approuvées ou nouvelles26, 27,28,29,30,31,32,33,34,35, 36,37,38,39,40,41,54. Malheureusement, dans le cas de l’IAV, les études antérieures se limitaient à l’expression d’un gène reporter unique, ce qui entrave le type d’étude qui pourrait être menée 26,27,28,29 , 30 Ans, états-unis ( , 31 Ans, états-unis ( , 32 Ans, états-unis ( , 33 Ans, états-unis ( , 34 Ans, états-unis ( , 35 Annonces , 36 Annonces , 37 Ans, états-unis ( , 38 Annonces , 39 Ans et plus qu’ils , 40 ans, états-unis ( , 41 Ans, états-unis ( , 54. Pour éviter cette limitation, nous avons généré un IAV bi-reporter réplication-compétent qui exprime une luciferase de Nluc et une protéine fluorescente de Vénus (BIRFLU).
Dans ce rapport, nous décrivons la caractérisation in vitro de BIRFLU et les approches expérimentales pour employer BIRFLU pour suivre l’infection virale in vivo utilisant un modèle de souris de l’infection d’IAV. BirFLU Nluc et l’expression de Vénus se sont corrélées avec des titers viraux. En outre, BIRFLU est resté stable et a continué à exprimer les deux gènes de journaliste après avoir été récupéré des poumons des souris infectées. Cette approche offre aux chercheurs une excellente occasion d’étudier les iAV dans les cellules cultivées et dans les modèles animaux, y compris l’identification et le développement de nouvelles alternatives thérapeutiques pour le traitement des infections par le VIH.
Bien que BIRFLU ait été généré à l’aide de l’épine dorsale de PR8, d’autres IAV recombinants utilisant différents types, sous-types ou épines dorsales de souche virale pourraient être générés en utilisant la même approche expérimentale. De même, dans ce rapport, nous avons décrit les procédures expérimentales pour l’utilisation de BIRFLU dans un modèle de souris de la IAV. Cependant, BIRFLU pourrait être une technologie précieuse pour évaluer l’infection par le VI chez d’autres modèles animaux.
The authors have nothing to disclose.
La recherche sur le virus de l’influenza dans le laboratoire LM-S est partiellement financée par le New York Influenza Center of Excellence (NYICE) (NIH 272201400005C), membre du contrat NO des Centres d’excellence pour la recherche et la surveillance de la grippe (CEIRS) du NIAID. HHSN272201400005C (NYICE) et par le Department of Defense (DoD) Peer Reviewed Medical Research Program (PRMRP) subvention 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 | |
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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 |