Лентивирусов являются ценным исследовательским инструментом для изучения функции генов, однако, исследователи, возможно, пожелают, чтобы избежать производства пантропный кодирования лентивирус известных или подозреваемых онкогенов. В качестве альтернативы, мы представляем безопаснее протокол для использования ecotropic лентивирус на клетки человека изменен, чтобы выразить ecotropic mSlc7a1 рецепторов.
Stem and tumor cell biology studies often require viral transduction of human cells with known or suspected oncogenes, raising major safety issues for laboratory personnel. Pantropic lentiviruses, such as the commonly used VSV-G pseudotype, are a valuable tool for studying gene function because they can transduce many cell types, including non-dividing cells. However, researchers may wish to avoid production and centrifugation of pantropic viruses encoding oncogenes due to higher biosafety level handling requirements and safety issues. Several potent oncogenes, including c-Myc and SV40 large T antigen, are known to enhance production of induced pluripotent stem cells (iPSC). All other known iPSC-inducing genetic changes (OCT4, SOX2, KLF4, NANOG, LIN28, and p53 loss of function) also have links to cancer, making them of relatively high safety concern as well.
While these cancer-related viruses are useful in studying cellular reprogramming and pluripotency, they must be used safely. To address these biosafety issues, we demonstrate a method for transduction of human cells with ecotropic lentivirus, with additional emphasis on reduced cost and convenient handling. We have produced ecotropic lentivirus with sufficiently high titer to transduce greater than 90% of receptor-expressing human cells exposed to the virus, validating the efficacy of this approach.
Lentivirus is often concentrated by ultracentrifugation; however, this process takes several hours and can produce aerosols infectious to human biomedical researchers. As an alternative, viral particles can be more safely sedimented onto cells by complexation with chondroitin sulfate and polybrene (CS/PB). This technique increases the functional viral titer up to 3-fold in cells stably expressing murine retrovirus receptor, with negligible added time and cost. Transduction of human dermal fibroblasts (HDFs) is maximally enhanced using CS/PB concentrations approximately 4-fold lower than the optimal value previously reported for cancer cell lines, suggesting that polymer concentration should be titrated for the target cell type of interest. We therefore describe the use of methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) to assay for polymer toxicity in a new cell type. We observe equivalent viability of HDFs after viral transduction using either polymer complexation or the standard dose of polybrene (PB, 6 μg/ml), indicating minimal acute toxicity.
In this protocol, we describe the use of ecotropic lentivirus for overexpression of oncogenes in human cells, reducing biosafety risks and increasing the transduction rate. We also demonstrate the use of polymer complexation to enhance transduction while avoiding aerosol-forming centrifugation of viral particles.
Рекомбинантный ecotropic gammaretrovirus на основе Молони мышиного вируса лейкоза (MLV) и его рецептор mSlc7a1 хорошо изучены и широко доступны, что оно использовалось более 20 лет для доставки трансгенов в мышиных клетках. Ecotropic gammaretrovirus также используется в последнее время для доставки онкогенов в клетках человека;. В контексте сотовых перепрограммирования, использование mSlc7a1, чтобы избежать поколения amphotropic вирус укрывательство человека онкогенов хорошо известна 4,5 Тем не менее, лентивирус обеспечивает значительные преимущества по сравнению с gammaretrovirus В трансдуцирующих огнеупорных клеточных популяций, 6, включая первичные клетки, которые часто желательно цели для перепрограммирования, так как лентивирусов предварительной интеграции комплекса позволяет трансдукции, не делящихся клеток. 7
Лентивирусов были произведены с десятками различных pseudotypes, в том числе MLV, в попытке изменить вирус тропизм, токсичность и другие свойства. 8 MLV-pseudotyped ecotropic лентивирус была использована для трансдукции клеток мыши, 9, но редко используется на клетки человека 10. Поэтому мы предлагаем использование MLV-pseudotyped ecotropic лентивирус как безопасный, экономичный и высокоэффективный автомобиль для доставки известных или подозреваемых онкогенов, в том числе сотовых перепрограммирования факторов, в клетках человека.
Важно отметить, что этот протокол не полностью избавляет от необходимости производить и использовать пантропный лентивирус, а, скорее, этот протокол отделяет онкоген (ы) из пантропный вирус, изоляционные исследователей из потенциальных самостоятельной прививки связанных с раком вирусов. MSlc7a1 белка и его гомолог человеческого hSlc7a1 являются повсеместно выразил аминокислоты перевозчиков кислоты, не известны туморогенность или способность даровать селективное преимущество роста на клетки-реципиенты, 11 решений mSlc7a1 сравнительно низким уровнем риска для включения в amphotropic вируса. Это добавило шаг может быть особенно полезным в лабораториях не хватает посвященный вирусу или объектов культуры тканей необходимого уровня биобезопасности.
В некоторых ситуациях это может быть возможным, чтобы полностью отказаться от использования пантропный вируса путем трансфекции плазмидой Slc7a1 непосредственно в клетки-мишени, однако многие клетки, которые были бы полезными целями этой техники также поддаются трансфекции. В качестве альтернативы, способность изолировать Slc7a1-трансдуцированных клеток выбор blasticidin означает, что VSV-G pseudotyped лентивирус может быть использован только один раз, чтобы создать запас рецепторами клеток, экспрессирующих, после чего ecotropic вирус может быть использован для трансдукции обычно эти клетки для многих экспериментов. Исследователи должны всегда следовать их институциональных правил техники безопасности при работе с любым лентивирус, независимо от его тропизм.
Титры ecotropic вируса достигнуты с этим протоколом умеренно ниже, чем VSV-pseudotyped вирус, как правило, 10-20% пантропный титр вируса, в соответствии с предыдущими исследованиями. 9 Эти титры были измерены в клетках человека стабильно трансдуцированных с Slc7a1, так что нижняя наблюдается титр для ecotropic вирус может быть частично обусловлено разнообразными экспрессии рецептора гена в клетки-мишени. Тем не менее, вирусные титры достигнута в наш протокол более чем достаточно для большинства приложений и привести к трансдукции большинства клеток, в некоторых случаях> 90% клеток.
Центрифугирование методы на основе широко используются для сконцентрироваться вирусных частиц. Тем не менее, центрифугирования требует нескольких часов, генерирует инфекционных аэрозолей, и может привести к значительной потере вирусных частиц. 12 В качестве альтернативы, комплексообразование с НЦБ / PB может быть использован для повышения трансдукции без изменения вирусной тропизм. 3 Этот метод быстрого (5 минут ) и недорогая ($ 0,03 за 10 мл вируса), в то время как примерно в три раза наблюдалось титр. Никакого специального оборудования или собственности реагенты необходимы, и мы наблюдали минимальную острую токсичность после воздействия HDFS для CS / PB, по согласованию с предыдущей работы в других клеточных линий. 13 Одним из потенциальных недостатков этого протокола является то, что некоторые микроскопически видимые полимерных комплексов придерживаться клетки в течение нескольких дней в культуре. Мы не можем исключить возможность того, что эти комплексы, а не открыто токсичны для клеток, может иметь более тонкие эффекты на клеточные процессы.
Здесь мы описали методологию безопасно и эффективно трансдуцирующих человеческие клетки с онкогенными факторами. Этот подход должен быть очень утилита для исследователей, изучающих онкогенов и биологии стволовых клеток, в том числе плюрипотентных клеток.
The authors have nothing to disclose.
Финансирование этого проекта была предоставлена Калифорнийского института регенеративной медицины.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
---|---|---|---|
pLenti6/UbC/mSlc7a1 | Addgene | 17224 | Murine MLV receptor |
pMD2.G | Addgene | 12259 | VSV-G envelope |
pCMV-dR8.91 | D. Trono lab14 | Packaging plasmid (equivalent plasmid psPax2 is available from Addgene, Cat. Number 12260) | |
pHCMV-EcoEnv | Addgene | 15802 | Ecotropic envelope |
FUGW | Addgene | 14883 | GFP control plasmid |
OptiMEM | Invitrogen | 31985 | |
Fugene HD | Roche | 04 709 705 001 | |
Hexadimethrine bromide (Polybrene) | Sigma-Aldrich | H9268 | |
Chondroitin sulfate sodium salt from shark cartilage | Sigma-Aldrich | C4384 | |
Blasticidin S | Fisher | BP 2647100 | |
Methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) | Sigma-Aldrich | M2128 | |
Igepal CA-630 | Sigma-Aldrich | I3021 |