Summary

En primär Neuron odlingssystem för studier av Herpes simplex virus latens och återaktivering

Published: April 02, 2012
doi:

Summary

Protokollet beskriver en effektiv och reproducerbar modell för att studera herpes simplex-virus typ 1 (HSV-1) latens och reaktivering. Analysen använder homogena sympatiska neuron kulturer och möjliggör den molekylära dissektion av virus-neuron interaktioner med hjälp av olika verktyg, bland annat RNA-interferens och uttryck av rekombinanta proteiner.

Abstract

Herpes simplex virus typ-1 (HSV-1) upprättar ett livslångt latent infektion i perifera nervceller. Denna latenta reservoar är källan till återkommande reaktivering händelser som garanterar överföring och bidra till klinisk sjukdom. Nuvarande antivirala inte påverkar inte den latenta reservoaren och det finns inga vacciner. Medan de molekylära detaljerna i lytisk replikering är väl kännetecknas mekanismer som styr latency i nervceller kvar svårfångade. Vår nuvarande förståelse av latens är härledd från in vivo-studier med användning av små djurmodeller, vilka har blivit oundgängliga för att definiera virala genprodukter krav och rollen av immunsvar. Det är emellertid omöjligt att särskilja specifika effekter på virus-neuronen förhållande från mer generella konsekvenserna av infektion som medieras av immun-eller icke-neuronala stödceller i levande djur. Dessutom är djurförsök kostsamt, tidskrävande och begränsade i form av tillgängliga alternativ för att manipulera värdenprocesser. För att övervinna dessa begränsningar, är en neuron-system med enbart ett desperat behov av att återger in vivo egenskaper latens och reaktivering men erbjuder fördelarna med vävnadsodling i termer av homogenitet och tillgänglighet.

Här presenterar vi ett in vitro-modell att använda odlade primära sympatiska nervceller från råtta överlägsna cervikala ganglier (SCG) (Figur 1) för att studera HSV-1 latens och reaktivering som passar de flesta om inte alla önskade kriterier. Efter eliminering icke-neuronala celler, är nästan homogena TrkA + neuron kulturer infekterades med HSV-1 i närvaro av acyklovir (ACV) för att undertrycka lytisk replikation. Efter ACV bort, icke-produktiva HSV-1 infektioner som troget uppvisar accepterade kännetecken latens effektivt etablerade. Noterbart lytiska mRNA, proteiner och infektiöst virus blir odetekterbar, även i frånvaro av selektion, men latens-associerad transkript (LAT) uttryckerion kvarstår i neuronal kärnor. Virala genom hålls vid en genomsnittlig kopietal av 25 per neuron och kan induceras att produktivt replikera genom att interferera med PI3-kinas / Akt-signalering eller den enkla tillbakadragande av nervtillväxtfaktor 1. En rekombinant HSV-1 kodning EGFP smält till det virala lytiska proteinet US11 ger en funktionell, real-time markör för replikering till följd av reaktivering som lätt kvantifieras. Förutom kemiska behandlingar kan genetiska metoder såsom RNA-interferens eller gentillförsel via lentivirala vektorer med framgång tillämpas på systemet som medger mekanistiska studier som är mycket svåra, om inte omöjligt, i djur. Sammanfattningsvis ger SCG-baserade HSV-1 latens / reaktivering systemet ett kraftfullt, nödvändigt verktyg för att reda ut de molekylära mekanismer som styr hsv1 latens och reaktivering i nervceller, en lång stående pussel i virologi vars lösning kan erbjuda nya insikter för att utveckla nya terapier som Målet tHan latent herpesvirus reservoar.

Protocol

1. Isolering och kultur SCG nervceller från råttembryon För att ge en användbar kontext för att förstå detta protokoll, och för en omfattande diskussion av tidigare litteratur som etablerade metoder för SCG neuron kultur, inklusive grunden för SCG odling in vitro, plåt-beläggning av substrat, och komponenterna av serum-fria medier, Läsaren hänvisas till referenserna 2-4. Användningen av råttor som en källa för SCG neuroner utfördes i enlighet…

Discussion

Denna primära neuron kultur och infektion system ger en enkel och effektiv metod för att utforska de molekylära mekanismerna bakom HSV-1 latens och reaktivering. Systemet sammanfattas troget de accepterade kännetecken latens som anges i både mänskliga infektioner och i live-djurmodeller. När viruset latent i SCG kulturer, kan smittsamma partiklar och virala lytiska genprodukter inte detekteras. Den enda virala genprodukten detekteras i latent infekterade neuroner är den icke-kodande LAT-transkri…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi tackar granskarna för deras genomtänkta förslag som bidragit till att förbättra detta manuskript. Detta arbete har finansierats med bidrag till MVC (NS21072, HD23315), ACW (GM61139, S10RR017970) och IM (AI073898, GM056927) från NIH. MK stöddes delvis av en NIH utbildningsstipendium (5T32 AI007180).

Materials

Reagent Company Catalog# Comments
70μm nylon filter( cell strainer) BD Biosciences 352350  
1x Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS-/-) Invitrogen 14175 w/o CaCl2 and MgCl2
1x Minimum Essential Media (MEM) Invitrogen 11095-080  
5-Fluoro-2′-deoxyuridine Sigma F0503 prepare 20 mM stock in 1x MEM; store at -20°C
96-well flat well bottom TC plates Corning 3599  
Acyclovir Calbiochem 114798 prepare 31 mM stock in DMSO; store at -20°C
Aphidicolin Calbiochem 178273 prepare 10 mM stock in DMSO; store at -20°C
B-27 Supplement Invitrogen 17504-44  
Collagenase Sigma C2674 prepare 10 mg/ml stock in HBSS-/-; store at -20°C
D-(+)-Glucose Sigma G6152 prepare 40% stock in H2O; filter sterilize & store at 4°C
L-Glutamine Invitrogen 25030-081  
Laminin Sigma L2020 prepare 1 mg/ml stock in H2O; quick-freeze 20 μl aliquats & store at -80°C; dilute to 2 μg/ml working conc. in sterile H2O
Leibovit’z L-15 media Invitrogen 11415  
Nerve Growth Factor Harlan Laboratories BT.5017 prepare 50 μg/ml stock in HBSS-/-; store at -80°C
Neurobasal medium Invitrogen 12348  
Phosphonoacetic acid (PAA) Sigma P6909 prepare 75 mg/ml stock in H2O; store at -20°C
Poly-D-lysine hydrobromide Sigma P0899 prepare 20 mg/ml stock in H2O; store at -20°C
Rat-tail collagen Millipore 08-115 Concentration varies with supply lot; store at 4°C and dilute to 0.66 mg/ml working conc. in sterile H2O
Trichostatin A Sigma T8552 prepare 1 mM stock in DMSO; store at -20°C
Trypsin 2.5% Invitrogen 15090-04  

Referências

  1. Camarena, V., Kobayashi, M., Kim, J. Y., Roehm, P., Perez, R., Gardner, J., Wilson, A. C., Mohr, I., Chao, M. V. Nature and duration of growth factor signaling through receptor tyrosine kinases regulates HSV-1 latency in neurons. Cell Host & Microbe. 8, 320-330 (2010).
  2. Johnson, M. I., Fedoroff, S., Richardson, A. Primary cultures of sympathetic ganglia. Protocols for Neural Cell Culture. , 71-94 (2001).
  3. Letourneau, P. C., Fedoroff, S., Richardson, A. Preparation of substrata for in vitro culture of neurons. Protocols for Neural Cell Culture. , 245-254 (2001).
  4. Price, J. P., Brewer, G. J., Fedoroff, S., Richardson, A. Serum-free media for neural cell cultures. Protocols for Neural Cell Culture. , 255-264 (2001).
  5. Flint, S. J., Enquist, L. W., Racaniello, V. R., Skalka, A. M. . Principles of virology. , (2008).
  6. Roizman, B., Pellett, P. E., Knipe, D. M., Howley, P. M. The family Herpesviridae: A brief introduction. Fields Virology. 2, 2381-2397 (2001).
  7. Price, R. W., Rubenstein, R., Khan, A. Herpes simplex virus infection of isolated autonomic neurons in culture: viral replication and spread in a neuronal network. Arch. Virol. 71, 127-140 (1982).
  8. Tomishima, M. J., Enquist, L. W. A conserved alpha-herpesvirus protein necessary for axonal localization of viral membrane proteins. J. Cell Biol. 154, 741-752 (2001).
  9. Ch’ng, T. H., Flood, E. A., Enquist, L. W. Culturing primary and transformed neuronal cells for studying pseudorabies virus infection. Methods Mol. Biol. 292, 299-316 (2005).
  10. Wang, F., Tang, W., McGraw, H. M., Bennett, J., Enquist, L. W., Friedman, H. M. Herpes simplex virus type 1 glycoprotein E is required for axonal localization of capsid, tegument, and membrane glycoproteins. J. Virol. 79, 13362-13372 (2005).
  11. Benboudjema, L., Mulvey, M., Gao, Y., Pimplikar, S. W., Mohr, I. Association of the herpes simplex virus type 1 us11 gene product with the cellular kinesin light-chain-related protein PAT1 results in the redistribution of both polypeptides. J. Virol. 77, 9192-9203 (2003).
  12. Blaho, J., Morton, E. R., Yedowitz, J. C. Herpes simplex virus: propagation, quantification and storage. Curr. Protoc. Microbiol. Chapter 14, Unit 14E.1 (2005).
  13. Van Zeijl, M., Fairhurst, J., Jones, T. R., Vernon, S. K., Morin, J., LaRocque, J., Feld, B. L., O’Hara, B. L., Bloom, J. D., Johann, S. V. Novel class of thiourea compounds that inhibit herpes simplex virus type 1 DNA cleavage and encapsidation: resistance maps to the UL6 gene. J. Virol. 74, 9054-9061 (2000).
  14. Newcomb, W. W., Brown, J. C. Inhibition of herpes simplex virus replication by WAY-150138: assembly of capsids depleted of the portal and terminase proteins involved in DNA encapsidation. J. Virol. 76, 10084-10088 (2002).
  15. Pesola, J. M., Zhu, J., Knipe, D. M., Coen, D. M. Herpes simplex virus 1 immediate-early and early gene expression during reactivation from latency under conditions that prevent infectious virus production. J. Virol. 79, 4516-14525 (2005).
  16. Arthur, J. L., Scarpini, C. G., Connor, V., Lachmann, R. H., Tolkovsky, A. M., Efstathiou, S. Herpes simplex virus type 1 promoter activity during latency establishment, maintenance and reactivation in primary dorsal root neurons in vitro. J. Virol. 75, 3885-3895 (2001).
  17. Danaher, R. J., Jacob, R. J., Steiner, M. R., Allen, W. R., Hill, J. M., Miller, C. S. Histone deacetylase inhibitors induce reactivation of herpes simplex virus type 1 in a latency-associated transcript- independent manner in neuronal cells. J. Neurovirol. 11, 306-317 (2005).
  18. Terry-Allison, T., Smith, C. A., DeLuca, N. A. Relaxed repression of herpes simplex virus type 1 genomes in murine trigenminal neurons. J. Virol. 71, 12394-12405 (2007).
  19. Harris, R. A., Preston, C. M. Establishment of latency in vitro by the herpes virus type 1 mutant in1918. J. Gen. Virol. 72, 907-913 (1991).
  20. Wagner, E. K., Bloom, D. C. Experimental investigation of herpes simplex virus latency. Clin. Microbiol. Rev. 10, 419-443 (1997).
  21. Strelow, L. I., Laycock, K. A., Jun, P. Y., Rader, K. A., Brady, R. H., Miller, J. K., Pepose, J. S., Leib, D. A. A structural and functional comparison of the latency-associated transcript promoters of herpes simplex virus type 1 strains KOS and McKrae. J. Gen Virol. 75, 2475-2480 (1994).
  22. Stroop, W. G., Banks, M. C. Herpes simplex virus type 1 strain KOS-63 does not cause acute or recurrent ocular disease and does not reactivate ganglionic latency in vivo. Acta Neuropathol. 87, 14-22 (1994).
  23. Sawtell, N. M., Poon, D. K., Tansky, C. S., Thompson, R. L. The latent herpes simplex virus type 1 genome copy number in individual neurons is virus strain specific and correlates with reactivation. J. Virol. 72, 5343-5350 (1998).
  24. Thompson, R. L., Cook, M. L., Devi-Rao, G., Wagner, E. K., Stevens, J. G. Functional and molecular analysis of the avirulent wild-type herpes simplex virus type 1 strain KOS. J. Virol. 58, 203-211 (1986).
  25. Wilcox, C. L., Smith, R. L., Freed, C. R., Johnson, E. M. Nerve growth factor-dependence of herpes simplex virus latency in peripheral sympathetic and sensory neurons in vitro. J. Neurosci. 10, 1268-1275 (1990).
  26. Roehm, P. C., Camarena, V., Gardner, J. B., Wilson, A. C., Mohr, I., Chao, M. V. Cultured vestibular ganglion neurons demonstrate latent herpes simplex type I reactivation. Laryngoscope. 121, 2268-2275 (2011).
  27. Kuhn, M. A., Nayak, S., Camarena, V., Gardner, J., Wilson, A., Mohr, I., Chao, M. V., Roehm, P. C. A cell culture model of facial palsy resulting from reactivation of latent herpes simplex virus type 1. Otology & Neurotology. , (2012).
check_url/pt/3823?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Kobayashi, M., Kim, J., Camarena, V., Roehm, P. C., Chao, M. V., Wilson, A. C., Mohr, I. A Primary Neuron Culture System for the Study of Herpes Simplex Virus Latency and Reactivation. J. Vis. Exp. (62), e3823, doi:10.3791/3823 (2012).

View Video