우리 여기는 생체 외에서 세대의 HBV DNA는 B 형 간염 바이러스 감염 시스템을 통해 설명 하 고 역을 사용 하 여 (1-2 부) 통합의 매우 민감한 탐지 중첩 PCR.
B 형 간염 바이러스 (HBV)는 일반적인 혈액을 매개로 병원 체 간 암 및 간 경 변 증 만성 감염에서 결과 일으키는 원인이 되는. 바이러스는 일반적으로 episomal DNA 중간; 통해 복제 그러나, HBV DNA 파편의 호스트 게놈으로 통합 관찰 되었습니다, 비록이 양식을 바이러스 성 복제에 필요 하지 않습니다. 정확한 목적, 타이밍, 그리고 따라 장치를 마더보드에 HBV DNA에 의해 통합 발생은 아직, 하지만 최근 데이터 표시 그것은 아주 초기 감염 후 발생 하는 것. 여기, 생체 외에서 생성 및 통합 HBV DNA의 검출 자세히 설명 합니다. 우리의 프로토콜 특히 바이러스 세포 DNA 통합의 단일 복사본을 증폭 하며 절대 정량화 및 단일 자료 쌍 접합 시퀀스의 해상도 이 기술은 다양 한 HBV 돌연변이, 그리고 다양 한 약물 노출와 함께 다양 한 HBV 감염 세포 유형 (기본 인간의 hepatocytes 포함)에 적용 되었습니다. 우리는이 기술이 되는이 임상으로 관련 된 현상의 근본적인 분자 메커니즘을 결정 하는 주요 분석 결과 예견 한다.
HBV는 이중 가닥 DNA 바이러스 평생 만성 감염을 일으킬 수 있는 간 경 변 증 및 간세포 암 (HCC)1,2,3. 여러 분자 메커니즘 HBV 지 속성4 (epigenetic 바이러스 transcriptional 서식 파일의예를 들어, 높은 안정성), 면역 감시의 회피, 간에서 hepatocytes의 낮은 회전율 및 그것의 관련을 운전 하는 동안 위험 HCC 개시5,6 (예, 만성 염증 및 세포의 활성화 경로 스트레스), HBV DNA 통합 호스트 세포 게놈 (모두 이러한 현상을 보고 메커니즘)으로 제대로 공부 하고있다 . 주요 이유는 적합 한 생체 외에서 감염 시스템의 HBV에 대 한 통합 이벤트의 믿을 수 있는 탐지를 허용 하는 부족 이다. 여기, 우리 생체 외에서 생성 한 기본 분자 메커니즘 및 그 결과 명료 하 게 하는 데 사용할 수 있는 HBV DNA 통합의 최근 개발 된 프로토콜을 설명 합니다.
HBV 복제 및 HBV DNA 통합의 형성은 이전 평가 되었습니다 세부 사항7. 간단히, HBV hepatocytes 감염8,9에 대 한 주요 세포 수용 체로 나트륨 Taurocholate Co-transporting 펩 티 드 (NTCP)를 사용 하 여 입력 합니다. HBV 편안 원형 DNA (rcDNA)를 포함 하는 HBV nucleocapsids 게놈이 들어간다 핵는 rcDNA episomal covalently 닫힌된 원형 DNA (cccDNA)로 변환 됩니다. 핵 cccDNA 바이러스 성 mRNAs를 미리 게놈 RNA (pgRNA)10transcriptional 템플릿 역할을 합니다. HBV 중 합 효소 및 pgRNA 다음 새로 형성 된 nucleocapsids (HBV 핵심 단백질 이합체 구성)으로 패키징 됩니다. HBV pgRNA rcDNA 게놈 또는 더블-좌초 선형 DNA (dslDNA) 게놈11,12nucleocapsid 내 역 문자입니다. 이러한 성숙 nucleocapsids HBV DNA 게놈을 포함 하는 마지막으로 덮여 고 virions로.
DslDNA 분자를 포함 하는 포함 된 입자에 의해 hepatocytes의 감염 호스트 세포 게놈13, HBV DNA7,,1415복제 무능 형태의 선도에 바이러스 성 통합 될 수 있습니다. HBV DNA 통합 염색체 이중 가닥 DNA 틈15의 사이트에서 발생합니다. 증거를 축적 각 통합 이벤트 호스트 세포 게놈16,17내 본질적으로 임의의 위치에서 발생 하는 것을 건의 한다. 또한, HBV DNA 통합 다소 발생 거의 104 셀13,18,,1920당 1의 속도로. HBV DNA의 통합에 관한 중요 한 질문 특히 정확한 분자 통로, 바이러스에 대 한 의존도 호스트 요소, 통합된 형태, 그리고 그들의 가능한 기여에서 표현 하는 바이러스 성 항 원에 대 한 답이, 있다 바이러스 성 지 속성7 우리는 이러한 일부의이 질문에 빛을 발산 하는 생체 외에서 모델을 설정 했습니다.
HBV 감염 생체 외에서 (통합 속도 셀 당와 각 고유한 통합의 복사본 수에 관하여 둘 다) HBV DNA 통합 이벤트의 희귀 한 모델 확인 검색에 도전 하는 그들. 세포 유사 분열으로 나누어 셀 효율적인 감염을 지원 하지 않는 우리의 생체 외에서 시스템에 제한 됩니다. 따라서, 달리 환자의 간 조직 hepatocytes의 상당한 클론 확장18,19,를 발생 하는 위치에20, 각 통합의 몇 가지 (1 ~ 2) 복사본은 셀의 지정된 풀에 매우 감염 체 외에 . 우리는 또한 통합 초기 감염 hepatocytes의 (그리고 아니라 지속적으로 만성 감염 hepatocytes에)13중에 주로 발생을 발견. 따라서, HBV DNA 통합 간단 하 게 더 긴 기간에 대 한 세포를 배양 하 여 증가 될 수 없습니다.
일반적으로, 이전 남부를 포함 하 여 통합된 HBV DNA를 검출 하는 데 사용 하는 방법 오 교 잡21,22,23,,2425, Alu-PCR26,27 점 , 카세트 중재 결 찰 PCR28, 그리고 전체 게놈 시퀀싱29,30,31,,3233, 검출 감도 없어 통합의 단일 사본입니다. 우리와 다른 연구원은 사용 역 중첩 오리, 마 못, 그리고 인간의 감염된 간13,,1418,19, hepadnaviral DNA 통합 감지 하 PCR (invPCR) 34,,3536. 다른 허위-긍정적인 신호 생성 변경 정량화37에 대 한 능력을 제한할 수 있는 invPCR 기술 수정 절차를 도입 했습니다. 분석 결과이 프로토콜에서 설명 된 대로 수행, invPCR 특정 하 고 과민 한 분석 결과를 식별 하 고 수량화 (절대 복사 번호)에서 여러 HBV DNA 통합을 나타냅니다. HBV-세포 DNA 접합 바이러스의 bioinformatical 연구를 수 있도록 단일 자료 쌍 해상도 시퀀스와 통합13의 사이트에 호스트 DNA 시퀀스.
스냅-냉동 간 조직, 파라핀 끼워 넣어진 간 섹션, 매우 작은 조직 샘플에 의해 분리 등의 넓은 범위에서 추출한 DNA의 HBV에 감염 된 조직에 invPCR에서38 결과 앞서 설명한는 우리 레이저-서19. 이 프로토콜의 invPCR 분석 결과 생체 외에서 감염 후, 통합 (통합 당 1-2 부)의 낮은 복사 번호 생성 됩니다 셀 문화 파생 조직에서 추출한 DNA를 사용 하 여 업데이트 된 버전을 설명 합니다. 세포 게놈 및 접합은 통합된13,16, 바이러스 시퀀스 내에서 그들의 배급에 관하여 환자의 조직에서 발견 그들을 닮는 HBV DNA 형성 통합에 체 외에서 제안 하는 감염 된 간 내에 유사한 통로
프로토콜을 수행 하기 전에이 invPCR 분석 결과 매우 중요 한 기술, DNA 서식 파일의 단일 복사본을 증폭 할 수는 중요 하다. 따라서, PCR 제품에서 오염을 제한 최대 중요성 이다. PCR 제품 오염 제한 하는 일반적인 전략은 다음과 같다. (i)는 방법의 다른 단계에 대 한 물리적으로 별도 영역을 설정 합니다. 각 지역에서 별도 실험실 코트, 하 고 장갑이이 영역 사이 이동할 때 변경 해야 합니다. 오염 될 가능성이 적어도 대부분의 순서로 아래이 지역 나열 했습니다 우리: PCR 제품 추출 및 시퀀싱 반응 설정 영역 (게시물-PCR); PCR 서식 파일 추가 및 타오르는 핀 전송 영역 (우리는 사용한 PCR 후드 좋은 결과 함께 오염을 UV 램프); DNA 추출 및 반전 영역 (pre-PCR); 그리고 “템플릿 무료 DNA” 지역 준비 재고 및 PCR 솔루션만 사용. (ii) 수 교차 오염을의 잠재적인 드라이버로 실험실에서 공기 흐름의 인식. 특히, 발생 하는 것입니다 염증이 핀 전송 단계 PCR 반응의 교차 오염을 가장 높습니다 통합 주파수의 부정확 한 정량화를 리드. 이러한 크로스-전류 제한 하 PCR 후드를 사용할 수 있습니다. PCR에 부정적인 제어 우물 (예를 들어, Myrcludex B 처리 샘플 또는 템플릿 컨트롤 없음) 또한 교차 오염에 대 한 테스트를 사용할 수 있습니다. (iii) 펫에 잠재적인 PCR 오염 물질을 제한 하 고 정기적으로 DNA 저하 솔루션으로 그들을 닦 여 표면 작업.
여기에 지정 된 프로토콜은 HepAD38 셀 선42에서 생성 된 알려진된 감염 HBV 복제의 통합 감지 하 배열 된다. 사용 inoculum 다른 HBV DNA 시퀀스 (예: 환자 혈 청에서)의 경우, 다음 HBV 게놈 해야 될 처음 시퀀싱 PCR 뇌관 및 반전 디자인의 호환성을 확인 하. 이전에 게시 연구19, 우리 HBV DNA 통합 접합의 예상된 사이트 측면 보존된 HBV DNA 시퀀스를 결속 하는 프라이 머의 3 세트를 이용 했다. 다른 뇌관 시퀀스 및 프로토콜 결정 HBV44,45,,4647,48 의 게놈 시퀀스를 설명 하 고 성공적으로 작동 수 있습니다.
또한, 다른 HBV 감염 셀 (예를 들어, 기본 인간의 hepatocytes, 차별화 된 HepaRG, HepG2-NTCP)을 사용할 수 있습니다; 그러나, 우리는 Huh7 NTCP 세포 DNA 접합은 증폭 하는 증폭된13이 바이러스 중간 DNA에 비해 바이러스 세포의 수를 고려할 때 최고의 신호 대 잡음 비율, 제공을 발견 했다. 특히, 기본 인간의 hepatocytes 등 차별화 된 HepaRG 말기 분화 세포 유사 분열, 세포 내에 남아 있는 amplifiable HBV DNA 일차 중간체의 높은 수준의 결과 효율적으로 받을 하지 할. 우리는 증폭된 시퀀스의 ~ 90% 나타내고 HBV DNA 재배열 (통합 이벤트 하지) 말기 차별화 된 셀에서 은 셀 라인13에서 70-50%에 비해 발견 했다. 이들 제품은 일반적으로 HBV DNA 게놈을 포함 하는 표면 및 핵심 오픈 프레임, 읽기에 큰 삭제 또는 이전 Sph사이트에 사이트를 추가 Nco와 HBV 유사 종 나타낼 수 있습니다. HBV 종을 (를 포함 하 여 도식 다이어그램) 증폭 설명에 자세히 이전13.
이 방법에는 몇 가지 단점이 있다. 힘들고 여러 날의 특성상이 프로토콜, invPCR 샘플의 많은 수의 높은 처리량 분석에 적합 하지 않습니다. 또한, 그것 제한 희석 적정 의존, 우리의 방법은 정확 하지 않습니다 매우 정량화;에 비록, 그것은 쉽게 통합 주파수에 로그 수준 변화를 측정 한다.
또한, 우리의 반전 프로토콜은만 HBV 통합의 대부분이 지역49내 발생으로 HBV 게놈의 DR2 DR1 지역 간에 발생 하는 통합 검색에 적합 하 고. HBV 환자의 조직의 NGS 분석을 큰 소수를 보이고 있다 (최대 ~ 50%)도이 지역49외부 발생할 수 있습니다. 새로운 invPCR 디자인은 이론적으로 이러한 다른 통합 사이트를 검색할 수 있지만 그들이 하지 (우리의 지식)에 왔다 아직 실시. Relatedly, 반전 반응에 대 한 바이러스 세포 접합 시퀀스에서 하류 필요한 필요한 제한 효소 사이트 인 invPCR를 검색 하지 않습니다 HBV 게놈의 DR2 DR1 지역 내에서 발생 하는 모든 통합 (즉, 우리 가 추정 되었다 모든 통합의 ~ 10%는 철에 시뮬레이션13를 사용 하 여 감지). 그러나, 다른 치료의 작은 숫자와 샘플의 집중된 배치에 적용 하면, invPCR 단일 기지-쌍 해상도에서 통합된 HBV DNA를 탐지 하기 위한 유일한 실용적인 방법 중 하나입니다.
우리는 따라서 휴대 (녹아웃 또는 특정 세포 유전자의 overexpression 또는 다양 한 약물의 응용 프로그램을 통해), 및 환경 ( (HBV inoculum의 돌연변이)를 통해 바이러스를 찾는 데 중요 한 역할을 제공 하는이 방법의 응용 프로그램을 구상 예를 들어, 산화 스트레스에 노출) HBV DNA의 통합을 유도 하는 요인. 이 메서드 및 새로 개발된 된 HBV 감염 시스템, 우리가 이러한 요인의 전례 없는 제어를 사용 하는 그들은 잘 격리 하 고 더 나은 특징이 될 수 있도록. 우리는 또한이 HBV DNA 통합을 포함 하 여 어떤 정도 바이러스 성 항 원 (예를 들어, HBx 또는 HBsAg50)이이 식을 컨트롤 통합된 양식에서 표현 된다 세포 결과의 핵심 이해로 이어질 것입니다 기대 그리고 여부 HBV 통합 훨씬 더 프로 종양 스테이트 세포 표현 형을 변경. 이러한 미래 연구의 결과 만성 B 형 간염을 치료 하는 데 사용 하는 치료 전략에 및 바이러스 자체에 대 한 기본적인 이해에 지대한 영향을 해야 합니다.
The authors have nothing to disclose.
감염 연구 (DZIF), TTU 간염 프로젝트 5.807 및 5.704, 도이치 가운데 (DFG) TRR179 위한 독일 센터에서 자금을 받은이 작품 (TP 15), 및 HIV 및 간염 바이러스학 연구를 위한 오스트레일리아 센터.
우리는 원래 invPCR 메서드를 개발 하 고 우리에 게 그것을 보여주는 그의 부분에 대 한 교수 윌리엄 메이슨에 게 빚을입니다. 우리는 박사가 Ni와 플로리안 A. Lempp 시 약 (셀 라인 및 HBV inoculum)에 감사 하 고 싶습니다. 우리는 기술 지원에 대 한 Anja Rippert, 프란체스카 Schlund, 사라 Engelhardt, 및 박사 카트린 Schöneweis을 인정합니다. 우리는, 교정에 대 한 미리 암 Kleinig 하 고 교수 니콜라스 Shackel 및 지속적인 지원에 대 한 랄 프 Bartenschlager 감사입니다.
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 |