Summary

एक प्रतिबंध एंजाइम आधारित क्लोनिंग विधि का आकलन करने के लिए<em> इन विट्रो</em> एचआईवी -1 उपप्रकार सी चुप-MJ4 काइमेरिक वायरस की प्रतिकृति क्षमता

Published: August 31, 2014
doi:

Summary

HIV-1 pathogenesis is defined by both viral characteristics and host genetic factors. Here we describe a robust method that allows for reproducible measurements to assess the impact of the gag gene sequence variation on the in vitro replication capacity of the virus.

Abstract

The protective effect of many HLA class I alleles on HIV-1 pathogenesis and disease progression is, in part, attributed to their ability to target conserved portions of the HIV-1 genome that escape with difficulty. Sequence changes attributed to cellular immune pressure arise across the genome during infection, and if found within conserved regions of the genome such as Gag, can affect the ability of the virus to replicate in vitro. Transmission of HLA-linked polymorphisms in Gag to HLA-mismatched recipients has been associated with reduced set point viral loads. We hypothesized this may be due to a reduced replication capacity of the virus. Here we present a novel method for assessing the in vitro replication of HIV-1 as influenced by the gag gene isolated from acute time points from subtype C infected Zambians. This method uses restriction enzyme based cloning to insert the gag gene into a common subtype C HIV-1 proviral backbone, MJ4. This makes it more appropriate to the study of subtype C sequences than previous recombination based methods that have assessed the in vitro replication of chronically derived gag-pro sequences. Nevertheless, the protocol could be readily modified for studies of viruses from other subtypes. Moreover, this protocol details a robust and reproducible method for assessing the replication capacity of the Gag-MJ4 chimeric viruses on a CEM-based T cell line. This method was utilized for the study of Gag-MJ4 chimeric viruses derived from 149 subtype C acutely infected Zambians, and has allowed for the identification of residues in Gag that affect replication. More importantly, the implementation of this technique has facilitated a deeper understanding of how viral replication defines parameters of early HIV-1 pathogenesis such as set point viral load and longitudinal CD4+ T cell decline.

Introduction

मेजबान और एचआईवी -1 रोगजनन और रोग प्रगति तर्कसंगत वैक्सीन डिजाइन के लिए सर्वोपरि है कि प्रभावित वायरल विशेषताओं दोनों निर्धारण. सेलुलर प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया एचआईवी -1 संक्रमण के लिए मानव प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के एक प्रमुख घटक है. साइटोटोक्सिक टी लिम्फोसाइटों (सीटीएल) तीव्र viremia की प्रारंभिक नियंत्रण के लिए जरूरी हैं, और मेजबान एक स्थिर राज्य (सेट बिंदु) वायरल लोड 1,2 स्थापित करने के लिए अनुमति देते हैं. इन प्रेरक कोशिकाओं की प्रायोगिक कमी वायरल नियंत्रण 3,4 के नुकसान में परिणाम है. इस के बावजूद, म्यूटेशन virally संक्रमित कोशिकाओं 5-9 की सीटीएल मान्यता पलट कि वायरल जीनोम के भीतर उठता बच.

कुछ एचएलए alleles कम वायरल लोड और बी * 57, बी * 27 और बी * 81 10-15 सहित धीमी रोग प्रगति के साथ संबद्ध किया गया है. एचएलए वर्ग मैं alleles के सुरक्षात्मक लाभ का एक हिस्सा वे इस तरह के झूठ के रूप में जीनोम के कार्यात्मक विवश क्षेत्रों को लक्षित है कि इस तथ्य को जिम्मेदार ठहराया जा सकता हैऔर इन विट्रो 16-21 में दोहराने के लिए वायरस की क्षमता कम होती है कि भागने म्यूटेशन के लिए चयन करें. सेलुलर प्रतिरक्षा प्रणाली से बच मैं एलील चयन एचएलए वर्ग के संदर्भ में वायरस के लिए फायदेमंद है, इन उत्परिवर्तनों का प्रभाव एक एचएलए बेमेल 22,23 व्यक्ति को ट्रांसमिशन पर मेजबान के लिए अंतर परिणाम हो सकते हैं. इसलिए, वायरल प्रतिकृति क्षमता पर प्रेषित एचएलए जुड़े भागने परिवर्तन के प्रभाव को समझने जल्दी एचआईवी -1 रोगजनन के बारे में हमारी समझ को आगे करने के लिए महत्वपूर्ण होगा.

बहुत प्रगति मैं 24-29 alleles विशिष्ट एचएलए वर्ग के साथ जुड़े व्यक्ति भागने म्यूटेशन की फिटनेस दोषों की पहचान और चिह्नित करने के लिए बनाया गया है, स्वाभाविक रूप से एचआईवी -1 वियोजन एचएलए जुड़े बहुरूपताओं की अनोखी और जटिल पैरों के निशान होने की संभावना एचएलए से उत्पन्न होने वाली है घटनेवाला अलग immunogenetic पृष्ठभूमि 30 की मध्यस्थता प्रतिरक्षा दबाव. एपी मेंछला विश्लेषण, GOEPFERT एट अल. 88 तीव्रता से संक्रमित Zambians से व्युत्पन्न प्रेषित चुप दृश्यों में एचएलए जुड़े म्यूटेशन का एक संग्रह सेट बिंदु वायरल लोड 31 में कमी के साथ जुड़े थे कि पता चला है. इस एचएलए बेमेल प्राप्तकर्ताओं को विशेष रूप से चुप में हानिकारक बच म्यूटेशनों के संचरण, एक नैदानिक ​​लाभ प्रदान करता है, और वायरल प्रतिकृति तनु के कारण हो सकता है कि सुझाव दिया. आगे चल रहा है, यह एक ऐसी प्रतिकृति क्षमता, और जल्दी प्रतिकृति बदले में एचआईवी -1 नैदानिक ​​मानकों और देर चरण को प्रभावित कर सकता है कि कैसे के रूप में संचारित वायरस की विशेषताओं को परिभाषित करने के लिए मिलकर काम कैसे जटिल चुप बहुरूपताओं के संयोजन प्राकृतिक रूप से उत्पन्न वियोजन के भीतर अध्ययन करने के लिए जरूरी है रोगजनन.

Brockman एट अल. प्रथम उप प्रकार सी और बी संक्रमण दोनों में जीर्ण अवस्था संक्रमण और वायरल लोड दौरान पृथक झूठ समर्थक दृश्यों की प्रतिकृति क्षमता के बीच एक कड़ी का प्रदर्शन32-35. इन अध्ययनों में प्रस्तुत प्रयोगात्मक दृष्टिकोण, लंबे समय से संक्रमित व्यक्तियों से व्युत्पन्न दृश्यों की इन विट्रो प्रतिकृति क्षमता की जांच के लिए हालांकि उपयुक्त, तीव्रता से संक्रमित व्यक्तियों मुश्किल उप प्रकार सी में एचआईवी -1 replicative क्षमता का अध्ययन करना है कि कई तकनीकी निरंतर और सीमाएं हैं. इस विधि लव से भाग में निकाली थी जो उप प्रकार बी NL4-3 provirus, में जनसंख्या आधारित पीसीआर प्रवर्धित दृश्यों के पुनर्संयोजन पर निर्भर करता है, एक प्रयोगशाला वायरस शेयर 36 रूपांतरित किया. वायरस पीढ़ी पीसीआर amplicons साथ एक यूके आधारित टी सेल लाइन 37 के सह अभिकर्मक द्वारा पूरा किया और delta- झूठ समर्थक NL4-3 डीएनए पचा गया था. इस विधि संभावित विवो में वायरल quasispecies के संबंध में बरामद वायरस शेयर की प्रकृति skewing, और इसलिए इन विट्रो में प्रतिकृति क्षमता का मापन फेरबदल, महीने के लिए सप्ताह की अवधि में वायरस के परिणाम की आवश्यकता है. इस विधि मैंलंबे समय से संक्रमित व्यक्तियों की एक बड़ी संख्या से कई अलग वायरल वेरिएंट क्लोनिंग इसे प्रभावी ढंग से उच्चतम replicative क्षमता के साथ वायरस के लिए चुनता है, जहां लंबे समय से संक्रमित व्यक्तियों का अध्ययन, और जहां के लिए अधिक उपयुक्त है संभव इसलिए काफी श्रम गहन और नहीं है. हालांकि, एक तीव्रता से संक्रमित व्यक्ति के भीतर, आम तौर पर 1-2 वेरिएंट मौजूद हैं, और इस प्रकार, इन विट्रो चयन के दबाव के माध्यम से बरामद वायरस शेयर की प्रकृति skewing के जोखिम को नष्ट करने के लिए इन विट्रो प्रतिकृति क्षमता का एक और अधिक सटीक आकलन के लिए अनुमति देता है. दूसरे, इस पद्धति का एक उपप्रकार बी व्युत्पन्न रीढ़ में उप प्रकार सी झूठ समर्थक दृश्यों पुनर्संयोजन आवश्यकता है, और विश्लेषण में रीढ़ असंगति पूर्वाग्रहों मिलवा सकता है. कारण इन सीमाओं के कारण, दृश्यों की बड़ी संख्या की शुरुआत की किसी भी संभावित पूर्वाग्रहों को दूर करने के क्रम में विश्लेषण किया जाना चाहिए.

यहाँ हम एक वैकल्पिक प्रयोगात्मक appro वर्णनउप प्रकार सी तीव्रता से संक्रमित व्यक्तियों से व्युत्पन्न दृश्यों के अध्ययन के लिए उपयुक्त ACH. हम उप प्रकार सी proviral रीढ़, MJ4 में एचआईवी -1 उप प्रकार सी संक्रमित व्यक्तियों की तीव्र संक्रमण समय बिंदुओं से व्युत्पन्न झूठ जीन शुरू करने का प्रतिबंध एंजाइम आधारित क्लोनिंग रणनीति का उपयोग करें. झूठ जीन क्लोन करने के लिए, जिसमें एक आम रीढ़ के रूप में MJ4 का उपयोग उप प्रकार सी व्युत्पन्न दृश्यों के विश्लेषण के लिए महत्वपूर्ण है. MJ4 कारण रीढ़ की हड्डी और झूठ जीन के बीच उप प्रकार असंगति को पूर्वाग्रह को पेश करने की संभावना कम होगी और इस प्रकार एक प्राथमिक अलग 38 से व्युत्पन्न, और है. Proviral 293T कोशिकाओं में सीधे ट्रांसफ़ेक्ट हो constructs, और क्लोन झूठ अनुक्रम के समान एक प्रतिरूप वायरस शेयर की वसूली के लिए के लिए इसके अलावा, एंजाइम आधारित प्रतिबंध क्लोनिंग का उपयोग करने के दृष्टिकोण की अनुमति देता है.

नीचे प्रस्तुत विधि व्युत्पन्न चुप-MJ4 उप प्रकार सी की प्रतिकृति क्षमता का आकलन करने के लिए एक उच्च throughput विधि हैकाइमेरिक वायरस. 293T कोशिकाओं में अभिकर्मक सीधा है और वायरस की वसूली केवल तीन दिन लगते हैं. इन विट्रो प्रतिकृति क्षमता. Brockman एट अल द्वारा बनाई गई एक ही CEM-CCR5 आधारित टी सेल लाइन पर 37 assayed, लेकिन सफल प्रतिकृति के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण प्रोटोकॉल संशोधनों उपयोग कर रहा है उप प्रकार सी MJ4 काइमेरिक वायरस की. बल्कि PBMCs से एक उपयुक्त टी सेल लाइन का उपयोग उच्च परख reproducibility के साथ परीक्षण किया जा उप प्रकार सी MJ4-काइमेरिक वायरस की बड़ी संख्या के लिए अनुमति देता है. अंत में, सतह पर तैरनेवाला में वायरस की मात्रा का ठहराव के लिए एक radiolabeled रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस परख का उपयोग व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पी 24 एलिसा किट का उपयोग कर से अधिक लागत प्रभावी है. यह भी एक ही परख के भीतर दोनों खराब और अत्यधिक नकल वायरस का पता लगाने के लिए और वियोजन के बीच प्रतिकृति में सूक्ष्म अंतर का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण था, जो एक उच्च गतिशील रेंज, देता है.

अंत में, यहाँ प्रस्तुत विधि के लिए अनुमति दी गई हैएचआईवी -1 उप प्रकार सी से व्युत्पन्न झूठ दृश्यों की प्रतिकृति क्षमता का गहराई से अध्ययन तीव्रता से जाम्बिया से व्यक्तियों संक्रमित, और लिखित रूप में भी सी आबादी संक्रमित अन्य उप प्रकार का अध्ययन करने के लिए विस्तारित किया जा सकता है. अलग चुप आइसोलेट्स के बीच प्रतिकृति क्षमता में भिन्नता के एक उच्च डिग्री मनाया गया. इसके अलावा, हम एक तीन साल की अवधि में 39 से अधिक सीडी 4 + गिरावट प्रेषित चुप की प्रतिकृति क्षमता और सेट बिंदु वायरल लोड के बीच और साथ ही साथ एक सांख्यिकीय संघ को दिखाने के लिए सक्षम थे. इस तरह के परिणाम, ऐसी प्रतिकृति क्षमता के रूप में कैसे संचारित वायरल विशेषताओं का अध्ययन करने के महत्व पर प्रकाश डाला जल्दी संक्रमण के दौरान रोगजनन प्रभावित करने के लिए मेजबान प्रतिरक्षा प्रणाली के साथ बातचीत और प्रभावी टीके के उपायों के साथ ही उपचार के विकास के लिए अभिन्न हो जाएगा.

Protocol

संक्रमित से एचआईवी -1 गैग जीन की 1 प्रवर्धन, फ्रोजन प्लाज्मा एक निकासी किट का उपयोग एचआईवी -1 से संक्रमित प्लाज्मा thawed 140 μl से वायरल शाही सेना निकालें. जब संभव हो, तुरंत शाही सेना निकासी के रूप में un…

Representative Results

ठीक से पूरी तरह कार्यात्मक, संक्रामक चुप-MJ4 काइमेरा कोडांतरण में सक्षम एक proviral प्लाज्मिड बनाता है जो इस प्रोटोकॉल, अमल करने के लिए, महान देखभाल उचित पीसीआर amplicons उत्पन्न करने के लिए लिया जाना चाहिए. पीसीआर ?…

Discussion

कारण लंबाई और इस प्रोटोकॉल के तकनीकी प्रकृति के काइमेरिक चुप-MJ4 plasmids के सफल निर्माण दोनों के लिए महत्वपूर्ण है और साथ ही वायरल प्रतिकृति क्षमता की मात्रा का ठहराव के लिए कर रहे हैं कि कई कदम उठाए हैं. इस प्…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The investigators thank all the volunteers in Zambia who participated in this study and all the staff at the Zambia Emory HIV Research Project in Lusaka who made this study possible. The investigators would like to thank Jon Allen, Smita Chavan, and Mackenzie Hurlston for technical assistance and sample management. We would also like to thank Dr. Mark Brockman for his discussions and generous donation of the GXR25 cells.

This study was funded by R01 AI64060 and R37 AI51231 (EH) and the International AIDS Vaccine Initiative. This work was made possible in part by the generous support of the American people through the United States Agency for International Development (USAID). The contents are the responsibility of the study authors and do not necessarily reflect the views of USAID or the United States Government. This work also was supported, in part, by the Virology Core at the Emory Center for AIDS Research (Grant P30 AI050409). DC and JP were supported in part by Action Cycling Fellowships. This work was supported in part by the Yerkes National Primate Research Center base grant (2P51RR000165-51). This project was also funded in part by the National Center for Research Resources P51RR165 and is currently supported by the Office of Research Infrastructure Programs/OD P51OD11132.

Materials

Name of the Reagent Company Catalogue number Comments
PCR reagents
GOF: 5' ATTTGACTAGCGGAGGCTAGAA 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
VifOR: 5' TTCTACGGAGACTCCATGACCC 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
GagInnerF1:
5' AGGCTAGAAGGAGAGAGATG 3'
IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
BclIDegRev2:
5' AGTATTTGATCATAYTGYYTYACTTTR 3'
IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
MJ4For1b: 5' CGAAATCGGCAAAATCCC 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
MJ4Rev: 5' CCCATCTCTCTCCTTCTAGC 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
BclIRev: 5' TCTATAAGTATTTGATCATACTGTCTT 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
GagF2: 5' GGGACATCAAGCAGCCAT 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
For3: 5' CTAGGAAAAAGGGCTGTTGGAAATG 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
GagR6: 5' CTGTATCATCTGCTCCTG 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
Rev3: 5' GACAGGGCTATACATTCTTACTAT 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
Rev1: 5' AATTTTTCCAGCTCCCTGCTTGCCCA 3' IDT DNA Custom Oligo 25nmol, standard desalt
CoolRack PCR 96 XT Biocision BCS-529
CoolRack M15 Biocision BCS-125
Nuclease free water Fisher SH30538FS Manufactured by Hyclone
QIAamp Viral RNA Mini Kit Qiagen 52906
Simport PCR 8 Strip Tubes, Blue (Flat Cap) Daigger EF3647BX
SuperScript III one-step RT-PCR system Life Technologies/Invitrogen 12574035
Phusion Hot-start II DNA polymerase Fisher F-549L 
PCR Nucleotide Mix Roche 4638956001
Agarose, high gel strength Fisher 50-213-128
TAE 10X Life Technologies/Invitrogen AM9869
Promega 1kb DNA ladder Fisher PRG5711 Manufactured by Promega
Sybr Safe DNA Gel Stain, 10000x Life Technologies/Invitrogen S33102
Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System Promega A9282
Razor blades, single-edged Fisher 12-640 Manufactured by Surgical Design
Thermocycler, PTC-200 MJ Research
Microbiology & Cloning reagents
LB Agar, Miller Fisher BP1425-2
LB Broth, Lennox Fisher BP1427-2
Sterile 100mm x 15mm polystyrene petri dishes Fisher 08-757-12
Ampicillin sodium salt Sigma-Aldrich A9518-5G
Falcon 14ml Polypropylene round-bottom tubes BD Biosciences 352059
NgoMIV restriction endonuclease New England BioLabs R0564L
BclI restriction endonuclease New England BioLabs R0160L
HpaI restriction endonuclease New England BioLabs R0105L
T4 DNA Ligase, 5U/μL Roche 10799009001
JM109 competent cells, >10^8 cfu/μg  Promega L2001
PureYield plasmid miniprep system Promega  A1222
Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator Invitrogen G6600
Microfuge 18 centrifuge Beckman Coulter 367160
Cell culture reagents
Amphyl cleaner/disinfectant Fisher 22-030-394
Fugene HD, 1 mL VWR PAE2311 Manufactured by Promega
Hexadimethrine bromide (Polybrene) Sigma-Aldrich H9268-5G
Costar Plates, 6-well, flat Fisher 07-200-83 Manufactured by Corning Life
Costar Plates, 24-well, flat Fisher 07-200-84 Manufactured by Corning Life
Costar Plates, 96-well, round Fisher 07-200-95 Manufactured by Corning Life
Flasks, Corning filter top/canted neck, 75 cm^2 Fisher 10-126-37
Flasks, Corning filter top/canted neck, 150 cm^2 Fisher 10-126-34 Manufactured by Corning Life
Conical Tubes, 50ml, blue cap Fisher 14-432-22 Manufactured by BD Biosciences
Conical Tubes, 15ml, blue cap Fisher 14-959-70C   Manufactured by BD Biosciences
Trypsin-EDTA Fisher MT25052CI Manufactured by Mediatech
RPMI, 500 ml Life Technologies/Invitrogen 11875-119
DMEM, 500 ml Life Technologies/Invitrogen 11965-118
Penicillin/Streptomycin/Glutamine, 100X Life Technologies/Invitrogen 10378-016
PBS with magnesium and calcium, 500ml Life Technologies/Invitrogen 14040-133
PBS without magnesium and calcium Life Technologies/Invitrogen 20012-050
Sarstedt tubes, assorted colors Sarstedt 72.694.996
Reservoir Trays for Multichannel, 55ml Fisher 13-681-501
DEAE-Dextran Fisher NC9691007
Corning 96 well clear V bottom tissue culture treated microplate Fisher 07-200-96 Manufactured by Corning Life
HEPES, 1M Buffer Solution Life Technologies/Invitrogen 15630-080
FBS, Defined, 500 ml Fisher SH30070 03
X-gal VWR PAV3941 Manufactured by Promega
Glutaraldehyde, Grade II, 25% in H2O Sigma-Aldrich G6257-100ML
1M Magnesium chloride solution Sigma-Aldrich M1028-100ML
Formaldehyde solution, for molecular biology, 36.5% Sigma-Aldrich F8775-500ML
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate Sigma-Aldrich P9387-100G
Potassium hexacyanoferrate(III) Sigma-Aldrich P8131-100G
Allegra X15-R centrifuge Beckman Coulter 392932
TC10 automated cell counter Bio-Rad 1450001
VistaVision inverted microscope VWR
Reverse-Transcriptase Quantification Assay reagents
dTTP, [α-33P]- 3000Ci/mmol, 10mCi/ml, 1 mCi Perkin-Elmer NEG605H001MC
1M Tris-Cl, pH 8.0 Life Technologies/Invitrogen 15568025 Must be adjusted to pH 7.8 with KOH
2M potassium chloride (KCl) Life Technologies/Invitrogen AM9640G Adjust to 1M solution
0.5M EDTA Life Technologies/Invitrogen 15575-020
Nonidet P40 Roche 11333941103
Polyadenylic acid (Poly rA) potassium salt  Midland Reagent Co. P-3001
Oligo d(T) primer  Life Technologies/Invitrogen 18418-012
Dithiothreitol (DTT) Sigma-Aldrich 43815-1G
SR, Super Resolution Phosphor Screen, Small Perkin-Elmer 7001485
Corning Costar Thermowell 96 well plate model (M) Polycarbonate Fisher 07-200-245 Manufactured by Corning Life
Corning 96 Well Microplate Aluminum Sealing Tape, Nonsterile Fisher 07-200-684 Manufactured by Corning Life
DE-81 anion exchange paper Whatman 3658-915
Trisodium citrate dihydrate Sigma-Aldrich S1804-1KG
Sodium Chloride Fisher S671-3
Autoradiography cassette Fisher FB-CA-810
Cyclone storage phoshpor screen Packard

Referências

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Claiborne, D. T., Prince, J. L., Hunter, E. A Restriction Enzyme Based Cloning Method to Assess the In vitro Replication Capacity of HIV-1 Subtype C Gag-MJ4 Chimeric Viruses. J. Vis. Exp. (90), e51506, doi:10.3791/51506 (2014).

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