Herpesvirus de pavos (HVT) es ampliamente utilizado como una plataforma de vector para la generación de vacunas recombinantes contra enfermedades aviar. Este artículo describe un método simple y rápido para la generación de vacunas vectorizadas HVT recombinantes usando un sistema Cre-Lox y NHEJ-CRISPR/Cas9 integrado.
Herpesvirus de pavos (HVT) es un vector viral ideal para la generación de vacunas recombinantes contra enfermedades aviar, tales como la influenza aviar (AI), la enfermedad de Newcastle (ND) y enfermedad bursal infecciosa (IBD), usando (cromosoma artificial bacteriano Mutagénesis de BAC) o métodos de recombinación convencional. El cluster regularmente otro repite palindrómico (CRISPR) / sistema Cas9 ha sido utilizada exitosamente en muchos entornos para la edición de genes, incluyendo la manipulación de varios genomas grandes virus ADN. Hemos desarrollado una rápida y eficiente CRISPR/Cas9-mediada genoma edición tubería para generar recombinante HVT. Para maximizar el uso potencial de este método, aquí os presentamos información detallada sobre la metodología de generación de HVT recombinante expresando la proteína VP2 del VEIB. El casete de expresión VP2 se inserta en la HVT genoma mediante un NHEJ (nonhomologous end-joining)-vía de reparación dependiente. Un cassette de expresión de la proteína (GFP) de fluorescencia verde se une primero a la parte movible para fácil visualización y luego retira mediante el Cre-LoxP sistema. Este enfoque ofrece una manera eficiente para introducir otros antígenos virales en el genoma HVT para el rápido desarrollo de vacunas recombinantes.
Enfermedad de Marek (MD) es una enfermedad linfoproliferativa de pollos inducida por el serotipo 1 (galido Herpesvirus 2 [GAHV-2]) del género Mardivirus en la subfamilia de los Alphaherpesvirinae. Mardivirus también incluye dos serotipos no patógenos: serotipo 2 (GaHV-3) y serotipo 3 (MeHV-1, conocido históricamente como HVT) que se utilizan como vacunas contra MD Vacuna viva de HVT (cepa FC-126) es la primera generación de vacuna MD utilizada en la década de 1970 y todavía se utiliza ampliamente en formulaciones de vacunas bivalentes y polivalentes para proporcionar una mayor protección frente a MD HVT es también ampliamente utilizado como un vector de vacuna para inducir la protección contra varias enfermedades aviares debido a su versatilidad y seguridad de tanto de ovo y criadero subcutáneo administración y capacidad para proporcionar una inmunidad de por vida. La estrategia para generar vacunas HVT recombinantes se basa en cualquiera convencional recombinación homóloga en células virus-infectadas, cósmido superpuesta DNAs o BAC mutagénesis2. Sin embargo, estos métodos son generalmente desperdiciador de tiempo y mano de obra intensiva, que requiere la construcción de vectores de transferencia, el mantenimiento del genoma viral en purificaciones de placa de Escherichia coli y la eliminación de la secuencia de BAC y selección marcador del virus editado3,4.
CRISPR/asociados (Cas9) es el gen más popular herramienta de edición en los últimos años debido a su versatilidad y su especificidad. El sistema CRISPR/Cas9 se ha utilizado con éxito en la generación eficiente de células genéticamente modificadas y modelos animales5,6,7,8,9,10, como así como en la manipulación de varios virus DNA grandes genomas11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20. Tras informar de un método simple y eficiente utilizando el sistema CRISPR/Cas9 para modificar el genoma HVT21, hemos desarrollado una tubería para la rápida y eficiente generación de recombinantes HVT22.
Para ampliar el potencial de aplicación de este método, se describe la metodología detallada para la generación de recombinantes vacunas HVT expresando el gen de la VP2 del VEIB en el locus UL45/46 en este informe. El enfoque combina NHEJ-CRISPR/Cas9 para insertar el gen de la VP2 etiquetado con gen GFP reportero y un sistema Cre-LoxP para Retire el casete de expresión de GFP más adelante. Comparado con el tradicional recombinación y BAC recombineering técnicas, demostramos que NHEJ-CRISPR/Cas9 junto con un sistema Cre-Lox es un enfoque rápido y eficiente para generar vacunas HVT recombinante.
El sistema CRISPR/Cas9 se ha convertido en una herramienta valiosa en la edición de genes. Las tecnologías tradicionales para recombinante desarrollo de vectores HVT, como recombinación homóloga13 y BAC mutagénesis tecnología25, implican generalmente varias rondas de vector de clonación y selección, así como proyección a gran escala, que puede tomar varios meses. El protocolo descrito aquí usando una NHEJ CRISPR/Cas9-estrategia combinada con el sistema Cre-Lox y unicelular clasificación es más un enfoque más rápido, conveniente y eficiente en la generación de la vacuna recombinante. Mediante este gasoducto, el virus recombinante puede obtenerse dentro de solamente 1-2 semanas24, y pasos de purificación de placa también pueden reducirse a una separación solo asaltos usando celular activado por fluorescencia clasificación17. Todo el proceso, de gRNA construcción diseño y donante para la obtención de virus HVT recombinante purificado, puede lograrse dentro de 1 mes. Los pasos críticos para la generación de HVT recombinante exitosa incluyen la selección de gRNA de alta eficiencia para apuntar el genoma viral para asegurar eficiente escote para la inserción de genes extraños, la eficiencia de transfección alta para maximizar la oportunidad para Cas9 / gRNAs y el virus en la misma célula para su edición y el intervalo de 12 horas entre la transfección de plásmidos de los donantes y gRNA y la infección viral para permitir Cas9 y gRNA expresarse a un nivel razonable antes de que el virus entra en las células.
La limitación para la generación de HVT recombinante es que la complejidad de la identificación de GFP-positivas clones por Unión PCR. Los cassettes de GFP-VP2 pueden insertarse en cualquier orientación. El cruce de que PCR descrito aquí es sólo para la identificación de la inserción en la orientación de sentido. En el caso de la inserción en la orientación antisentido, polimerización en cadena usando los pares de primer descritos no funcionaría y los cebadores internos podrían ser intercambiados para este propósito. Otro problema potencial es que el concepto de donante puede utilizarse para la inserción de un gen en el virus mismo debido a la existencia de la secuencia LoxP restante después del retiro de GFP por tratamiento de Cre. Una nueva construcción de donantes con una variante de secuencia LoxP podría usarse para un propósito de inserción múltiple.
NHEJ y HDR (reparación dirigida por homología) son los dos caminos para reparar las roturas de doble hebra (distritales) creadas por Cas926,27. NHEJ es más eficiente como ocurre a lo largo de los28del ciclo celular, mientras que el HDR es menos eficiente y sólo ocurre durante S y G2 fases6,29,30. Nos explota el más eficiente NHEJ vía de reparación aquí para introducir genes foráneos en las localizaciones específicas. Aunque el NHEJ reparación puede introducir indels une extremos de DNA dañados o incompatibles a través de un proceso mecánico flexible de homología independiente31,32 entre la secuencia de donantes exfoliados y DNA genómico, los indels sólo puede ocurrir en los sitios de clivaje de la sgA, y el casete de genes extranjeros no se ve afectado. Otra ventaja de este enfoque es que NHEJ está libre de la restricción de construcción de brazo de homología, de hacer la clonación paso muy sencillo. Esto impulsa un gran potencial para la aplicación de NHEJ para la inserción de genes extraños. La introducción de un sitio de destino de gRNA universal en ambos extremos del extranjero gen cassette hace el proceso más rápido como la plantilla de donantes podría construirse inmediatamente sin necesidad de la selección específica de gRNA. La columna vertebral del plásmido donante que contiene sitios de destino de sgA y sitios LoxP sitios PacI y SfiI puede también compartirse ampliamente entre genes diferentes reporteros, cassettes de la extranjero de expresión génica y vectores de diferentes virus, dando a este nuevo enfoque la ventaja de arreglo para requisitos particulares.
El inserto de VP2 albergando HVT fue usado para describir el protocolo en este manuscrito; sin embargo, el mismo enfoque puede utilizarse para insertar más de los genes virales en diferentes localizaciones genómicas del genoma HVT con el gRNA dirigida a la correspondiente secuencia deseada para el desarrollo de vacunas multivalentes de vectorizadas HVT recombinantes. Otras cepas de la vacuna MDV, como SB-1 y CVI988, otros herpesvirus aviares, incluyendo laryngotracheitis infeccioso virus y virus de la enteritis del pato y también otros virus aviares del ADN, como adenovirus, virus de la viruela pueden también diseñarse usando el mismo enfoque para el desarrollo de una vacuna recombinante multivalentes. El desarrollo de nuevas vacunas virales multivalentes utilizando la plataforma del sistema CRISPR/Cas9 descrita aquí puede resultar muy provechosa para la industria de aves de corral para proteger contra múltiples enfermedades de las aves de corral.
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecen a Pippa Hawes por ayudar con la proyección de imagen confocal. Este proyecto fue apoyado por la biotecnología y Consejo de investigación de ciencias biológicas (BBSRC) otorga municiones/E/I/00007034 y L014262/BB/1.
M199 medium, Earle's Salts | Life technology | 11150059 | cell culture medium |
Fetal Bovine Serum | Sigma | F0926 | cell culture medium |
Penicillin and Streptomycin | Life technology | 15140148 | antibiotics |
Fungizone | Sigma | 1397-89-3 | antifunigal |
Tryptose Phosphate Broth | Sigma | T8782 | cell culture medium |
HVT Fc126 strain | Avian Disease and Oncology Laboratory | wildtype HVT virus | |
pX459-v2 | Addgene | Plasmid #62988 | Cas9 and gRNA expression vector |
pGEM-T Easy Vector Systems | promega | A1360 | donor vector cloning |
Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells | Invitrogen | 18265-017 | transformation |
PacI | NEB | rR0547S | donor vector cloning |
SfiI | NEB | R0123S | donor vector cloning |
T4 DNA Ligase | NEB | M0202S | cloning |
QIAprep Spin Miniprep Kit | QIAGEN | 27106 | plasmid extraction |
TransIT-X2 | Mirus | MIR 6004 | transfection |
Cell Culture 6-well Plate | Thermofisher | 140675 | cell culture |
GoTaq Master Mixes | Promega | M7123 | junction PCR amplification |
Platinum Pfx DNA Polymerase | Thermofisher | 11708021 | PCR amplification of full insert |
Goat anti-Chicken IgY (H+L) Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11039 | immunoflourescence staining |
Goat anti-Mouse IgG Antibody, Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A-11004 | immunoflourescence staining |
Confocal laser scanning microscope | Leica Microsystems | Leica TCS SP5 LASAF | immunoflourescence |
FACS cell sorter | BD biosciences | BD FACSAria | single cell sorting |
Paraformaldehyde (4% in PBS) | Santa cruz biotechnology | SC-281692 | cell fixation |
Triton X-100 | GeneTex | GTX30960 | permeabilization |