我々 はここで B 型肝炎ウイルス感染システムを介して HBV DNA の体外生成を記述して、逆行列を用いて、(1-2 コピー) 統合の高感度検出に PCR が入れ子になった。
B 型肝炎ウイルス (HBV) は、肝臓がんや慢性感染症に起因する肝硬変を引き起こす一般的な血液媒介病原体です。ウイルスは一般的に中間;、episomal DNA を複製します。ただし、HBV DNA のフラグメントのホストのゲノムに統合を観察されている、にもかかわらず、このフォームはウイルスの複製の必要はありません。正確な目的、タイミングと言い、HBV dna の統合が発生しますが、まだ明確なしかし最近のデータが感染後非常に早いが発生することを表示します。ここでは、体外発生と HBV DNA の統合の検出は、詳細に説明します。私達のプロトコルは特にウイルス細胞の DNA の統合の単一コピーを増幅し、絶対定量とジャンクション シーケンスの単一塩基対解像度の両方が可能します。HBV 変異、および様々 な薬剤のエクスポー ジャーと組み合わせて、さまざまな HBV 感受性細胞種類 (プライマリひと肝細胞を含む) にこの手法は施してあります。我々 はこの臨床的に関連する現象の分子メカニズムを決定するキーの試金になるこの手法を予見します。
B 型肝炎は、肝硬変や肝細胞癌 (HCC)1,2,3につながる生涯の慢性的な感染症を引き起こす可能性が二本鎖 DNA ウイルスです。中運転 HBV 持続性4 (例えば、エピジェネティックなウイルス転写テンプレートの高安定性)、免疫監視の回避、肝臓で肝細胞の離職率は低いとそれに関連付けられた複数の分子メカニズムリスク HCC 開始5,6 (例えば、慢性的な炎症と応力経路細胞の活性化)、HBV DNA の統合ホスト細胞のゲノム (これらの現象の両方のための報告されたメカニズム) を不十分に研究されています。.適切な培養感染システムの HBV の統合イベントの確実な検出ができる不足している主な理由。ここでは、体外生成の分子機構とその結果を明らかにする使用ことができます HBV DNA の統合の検出最近開発されたプロトコルについて述べる。
B 型肝炎ウイルスの複製と HBV DNA の統合の形成は、以前詳細7に検討されています。簡単に言えば、HBV 感染8,9の主な細胞受容体としてナトリウム タウロコール酸 Co-transporting ペプチド (解決) を用いた肝細胞に入る。HBV リラックスの環状 DNA (rcDNA) を含む b 型肝炎ウイルスのヌクレオカプシド ゲノム episomal 共有閉環状 DNA (cccDNA) に、rcDNA の変換、核に入る。核 cccDNA はウイルス Mrna とあらかじめゲノム RNA (pgRNA)10の転写のテンプレートとして機能します。B 型肝炎ウイルスのポリメラーゼおよび pgRNA は、新しく形成されたヌクレオカプシド (HBV コア蛋白質二量体で構成される) にパッケージ化します。B 型肝炎ウイルスの pgRNA は rcDNA ゲノムや二本鎖線形 DNA (dslDNA) ゲノム11,12の結果から内逆転写です。HBV DNA のゲノムを含んでいるこれらの成熟したヌクレオカプシドは最後にエンベロープを付け、ウイルス粒子としてエクスポートします。
DslDNA 分子を含むエンベロープの粒子によって肝細胞の感染ウイルスの統合ホスト細胞ゲノム13、HBV DNA7,14,15の複製無能なフォームにつながる可能性があります。HBV DNA の統合は、染色体の二重鎖 DNA 改15のサイトで発生しました。証拠の蓄積には、各統合イベントがホスト細胞ゲノム16,17の内で本質的にランダムな位置に発生することが示唆されました。さらに、HBV DNA の統合は起こる幾分稀、1 104細胞13,18,19,20あたりの速度に。HBV DNA の統合に関する重要な質問は特に正確なの分子経路関係、依存性ウイルスと宿主因子、統合されたフォーム、および彼らの可能な貢献から発現するウイルス抗原について未解答に、残る。ウイルスの永続性の7。これらの質問のいくつかの光を当てることの in vitroモデルを設けています。
HBV 感染の in vitroでの HBV DNA 統合イベント (レートの統合セルごと、それぞれのユニークな統合のコピー数に関して両方) の希少性は、それらを検出するために挑戦するをモデル化します。分裂細胞の効率的な感染をサポートしていない、私たちの in vitroシステム細胞分裂が限られます。したがってとは異なり、肝細胞のクローン性増殖の重要な18,19、を発生する患者の肝組織内における20、各統合の数 (1、2) コピー セルの特定のプールに存在している非常に感染体外.また、統合が初期感染肝細胞 (そして継続的に慢性的に感染した肝細胞の)13時に主に発生することを発見しました。したがって、HBV DNA の統合は、単に長い期間の細胞を培養して増やすことができません。
一般に、以前南部を含む、統合の HBV DNA の検出に使用するメソッドのしみの交配21,22,23,24,25, Alu PCR26,27、カセットを介したライゲーション PCR28と29,30,31,32,33, シーケンス処理全体のゲノムを検出する感度はありません統合の単一コピー。我々 と他の研究者が使用している逆に、アヒル、ウッド チャック、人間感染肝臓13,14,18,19、hepadnaviral DNA の統合を検出する PCR (invPCR) が入れ子になった 34,35,36。他の人は偽陽性信号の生成を変更し、定量化37の能力を制限する可能性があります invPCR テクニックを手続きの変更を導入しています。このプロトコルで説明されているように、分析が実施 invPCR は特定および敏感な試金を識別し、定量化 (絶対コピー数) で複数の HBV DNA の統合を表します。B 型肝炎ウイルス細胞の DNA 接合は基づくウイルスの研究を許可する単一塩基対の解像度でシーケンシャルなホスト DNA シーケンス統合13のサイトで。
前述した invPCR から38結果スナップ冷凍肝組織、パラフィンの肝臓切片によって分離された非常に小さい組織サンプルを含むソースの広い範囲から抽出した DNA の HBV 感染組織レーザー レーザーマイクロダイ セクション19。このプロトコルは生体外で感染、インテグレーション (統合あたり 1-2 コピー) の低コピー数が生成されます後細胞培養組織から抽出した DNA を使用して invPCR の試金の更新されたバージョンをについて説明します。HBV DNA 形成の統合、体外細胞ゲノムと統合13,16、ウイルス シーケンス内でジャンクションの分布に関して患者の組織で見つかったものに似てを示唆、感染した肝内に匹敵する経路。
プロトコルを実行する前に、この invPCR 試金が機密性の高い技術、DNA のテンプレートの単一コピーを増幅できることに注意してくださいすることが重要です。そのため、PCR の製品からの汚染を制限する非常に重要です。PCR の製品の汚染を制限する一般的な方法は次のとおりです。(i) 方法の異なるステップの物理的に独立した領域を確立します。各領域別の白衣が必要し、これらの領域間を移動するとき、手袋を変更する必要があります。我々 は少なくとも可能性が高い汚染される最もから順に以下のこれらの領域を記載している: PCR 製品抽出とシーケンス反応セットアップ エリア (ポスト PCR);PCR テンプレートと燃え上がったピン転送領域 (我々 は良い結果を UV ランプを擦りあわせる PCR フードを使用している)。DNA 抽出、反転領域 (前 PCR);株式および PCR ソリューションを準備するためにのみ使用「DNA テンプレート無料」エリアです。(ii) のクロス汚染の潜在的なドライバーとしてラボで空気の流れに注意してください。特に、燃え上がるピン転送段階の PCR の反作用のクロス汚染が発生する最も可能性の高い統合周波数の不正確な定量化につながる。PCR のフードを使用して、これらのクロス電流を制限できます。PCR のネガティブ コントロール井戸 (例えばMyrcludex B 処理サンプルやテンプレート コントロールなし) は、クロス汚染をテストするも使用できます。(iii) ピペットに潜在的な PCR の汚染物質を制限し、定期的に DNA 分解の解決によってそれらを拭くことによって作業面。
ここで指定したプロトコルは、HepAD38 のセル行42から生成された知られている伝染性 HBV クローンの統合を検出する配置されます。使用菌は別の HBV DNA シーケンス (例えば、患者血清から) では、PCR のプライマーおよび反転デザインの互換性を確認して最初 HBV ゲノムに配列されるべきであります。以前に発行された研究19の HBV DNA の統合の接合の予想されるサイトの側面の保存された HBV DNA 配列をバインド プライマーの 3 セットを使いました。その他のプライマー シーケンス プロトコル HBV44,45,46,47,48のゲノム配列の決定に記載されているし、正常に動作可能性があります。
さらに、異なる HBV 感受性細胞 (例えば、ひと肝細胞、分化 HepaRG HepG2 おける NTCP 細胞) を使用できます。しかし、我々 はウイルスの中間 DNA が増幅された13と比較して増幅される DNA 接合ウイルス細胞の数を考慮したとき、解決 Huh7 細胞が最大の信号対雑音比を提供することを発見しました。特に、最終分化細胞ひと肝細胞、分化 HepaRG など効率的に行われていない有糸分裂、無衝突 HBV DNA 複製中間体細胞内で残りの高レベルで、その結果します。我々 は、増幅されたシーケンスの ~ 90% を表す HBV DNA の再編成・統合イベントではなく最終分化細胞の肝癌細胞ライン1370-50% と比較を発見しました。これらの製品は、一般的に表面・ コアの開いたリーディング ・ フレーム、大きな欠失を含む HBV DNA ゲノムまたは彼らは私の前に私はサイトSphサイト追加下士官HBV 準種を表すことができます。(回路図を含む) これらの b 型肝炎ウイルス種の増幅に記載されている詳細以前13。
このメソッドのいくつかの欠点があります。このプロトコルの骨の折れると複数日性質のため invPCR はサンプルの大規模な数のハイスループット解析には適していません。さらに、それは希釈滴定の制限に依存する、本手法は定量化; で高精度それは簡単に統合周波数のログ レベルの変更を測定する必要があります。
さらに、私達の反転のプロトコルのみ HBV インテグレーションの大半はこの地域49内で発生する HBV ゲノムの DR1 と DR2 の地域間の統合を検出するために適しています。B 型肝炎患者組織の NGS 解析が大きい少数を示すこの地域49外 (~ 50% まで) があります。InvPCR の新しいデザインがされていない (知識) に理論的にこれらの他の統合サイトを検出することができるまだ遂行。関連して、反転反応ウイルス セル接合順序から下流に必要な必要な制限酵素サイト、invPCR 検出されません HBV ゲノムの DR1 と DR2 の領域内で発生するすべての統合 (すなわち、我々予想している全モジュールの ~ 10%、インシリコシミュレーション13を使用して検出)。しかし、さまざまな治療法の少数のサンプルの集中バッチに適用されると、invPCR は単一塩基対の解像度で統合された b 型肝炎ウイルス DNA を検出するための唯一の実用的な方法の 1 つであります。
したがって細胞 (ノックアウトまたは特定の細胞遺伝子の過剰発現、または様々 な薬のアプリケーション)、および環境 (ウイルス (b 型肝炎接種の突然変異)、経由を見つけることに重要な役割を提供このメソッドのアプリケーションを思い描いてください。例えば、酸化ストレスへの暴露) HBV DNA の統合を誘発する要因。このメソッドと新しく開発された HBV 感染システムより良い特徴とよく分離できるので、これらの要因の前例のないコントロールを有効にします。またこれは HBV DNA の統合は、この式をコントロール、統合されたフォームからどの程度のウイルス抗原 (例えば、 HBx または HBsAg50) を表明するなどの細胞の結果のキーの理解につながることを期待します。HBV 統合が大幅よりプロ発癌状態の方の細胞の表現型を変更するかどうか。これらの今後の研究の結果では、B 型慢性肝炎の治療に使われる治療戦略とウイルス自体の基本的な理解、深い影響があります。
The authors have nothing to disclose.
感染症研究 (DZIF)、TTU 肝炎プロジェクト 5.807 5.704、ドイツ研究振興協会 (DFG) TRR179 のためのドイツの中心部から資金を受け取ったこの仕事 (TP 15) とオーストラリア HIV ・肝炎ウイルスの研究センター。
元の invPCR 法の開発と私たちにそれを示すことの彼の部分のため教授ウィリアムの石大工にお世話になっております。試薬 (細胞株および b 型肝炎接種) の両博士李 Ni とフロリアン A. Lempp に感謝したいと思います。我々 は、テクニカル サポートに博士カトリン ・ Schöneweis、サラ ・ エンゲルハルト ・ フランツィスカ ・ Schlund アニャ Rippert を認めます。校正、ミリアム Kleinig、教授ニコラス Shackel、ラルフ Bartenschlager の継続的な支援に感謝しております。
Dulbecco’s PBS | PAA | H15-002 | |
DMEM medium | Thermo Fisher Scientific | 41965 | |
Fetal bovine serum | PAA | A15-151 | Heat-inactivate before use |
Penicillin, 10000U/ml; Streptomycin 10mg/ml, 100× | PAA | P11-010 | |
L-glutamine, 200mM | PAA | M11-004 | |
Trypsin, 0.5 mg/ml; EDTA, 0.22mg/ml, 1× | PAA | L11-004 | |
PEG, MW 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | Stock at 40% w/v in 1xPBS, autoclave before use |
DMSO for spectroscopy | Merck | 102950 | |
Tenofovir disoproxil | Sigma-Aldrich | CDS021622 | Dissolve in DMSO |
Lamivudine | Sigma-Aldrich | L1295 | Dissolve in DMSO |
NucleoSpin Tissue kit | Macherey Nagel | 740952.250 | |
NanoDrop 2000/2000c Spectrolphotometer | Thermo Fisher Scientific | ND-2000 | |
NcoI-HF | NEB | R3193L | |
T4 DNA ligase | NEB | M0202T | |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | L3771 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | 433209 | |
Dextran (35 -45 kDa) | Sigma-Aldrich | D1662-10G | |
Absolute Ethanol | Sigma-Aldrich | 32205-1L-D | |
BsiHKAI | NEB | R0570L | |
SphI-HF | NEB | R3182L | |
Amplitaq Gold Taq kit | Thermo Fisher Scientific | 4331816 | Use for first nest PCR |
Silicon sealing Mats for 96-Well PCR Plates | Biorad | 2239442 | |
DNAZap PCR DNA Degradation Solution | Thermo Fisher Scientific | AM9890 | |
96-well PCR plates | Sigma Aldrich | CLS6509 SIGMA | |
96-pin replicator | Thermo Fisher Scientific | 250520 | |
GoTaq Flexi PCR kit | Promega | M8295 | Use for second nest PCR, use green buffer for easy loading of agarose gel |
Biozym LE Agarose | Biozym | 840004 | |
QIAEX II Gel extraction kit | QIAGEN | 20051 |