التعبير عن "المستضدات خارجية المنشأ" في لقاح BCG متفطره bovis عبر "زخرفة سطح" عدم الوراثية مع نظام عبدين-البيوتين
Summary
تقنية جديدة لعرض مستضد السريع على سطح البكتيريا يرد، الذي ينطوي على سطح بيوتينيليشن يليه التعرض للبروتينات ذات الاهتمام في الانصهار مع عبدين أحادي. تحميل بي سي جي مع المستضدات المحدد بنجاح يحسن به الاستمناع، مما يوحي بأن الزخرفة السطحية يمكن استبدال النهج الوراثية التقليدية.
Abstract
الدرن (السل) هو مرض معد خطير وعصية M. bovis لقاح متوفر فقط لقاح السل (BCG) هو آمنة وفعالة للحماية ضد شديدة السل التهاب السحايا الأطفال وبعض أشكال السل نشرها، ولكن فشل لحماية ضد السل الرئوي، الذي هو الشكل الأكثر شيوعاً للمرض. استراتيجيات واعدة لتحسين BCG حاليا تعتمد أما على تحولها مع الجينات ترميز إيمونودومينانت م. السل (Mtb)-المستضدات محددة و/أو التكامل مع الجينات ترميز المشارك من العوامل التي تحفز مستضد عرض الخلايا. وتشمل القيود الرئيسية لهذه النهج كفاءة منخفضة ومنخفضة الاستقرار ومستوى سلامة ناقلات التعبير غير مؤكد. في هذه الدراسة، نقدم نهج بديل لتحسين اللقاح، الذي يتألف من التكامل بي سي جي مع البروتينات الخارجية ذات الاهتمام على سطح البكتيريا، بدلاً من التحول مع البلازميدات ترميز الجينات المقابلة. أولاً، يتم التعبير عن البروتينات ذات الاهتمام في الانصهار مع عبدين أحادي في معيار كولاي نظم التعبير وتستخدم بعد ذلك لتزيين سطح بيوتينيلاتيد بي سي جي. استخدام سطح BCG مزينة مستضد ovalbumin مركب التجارب على الحيوانات تبين أن بكتيريا معدلة مكسبه تماما وقادرة على استحثاث استجابات محددة T الخلية. بالإجمال، دعم البيانات المعروضة هنا بشدة الرواية والأسلوب كفاءة لإعادة تشكيل لقاح BCG الحالي الذي يحل محل النهج التقليدي شاقة للتكامل مع الأحماض النووية الخارجية.
Introduction
واقترحت استراتيجيات مختلفة ليحل محل لقاح السل الحالية ضد السل، بما في ذلك البروتين adjuvant النظم والتكنولوجيات فيكتوريد الفيروسية والموهنة الحية سلالات M.tb وسلالات السل المحورة وراثيا، أما إدخال جينات الإفراط معربا عن المستضدات السل التي لا يتم التعبير عنها بما فيه الكفاية خلال العدوى1 أو المواضيع المتميزة-المستضدات المحددة غير موجودة في البي سي جي2. الهندسة الوراثية، مع ذلك، يواجه العديد من العوائق، بما في ذلك مستوى السلامة وعملية تستغرق وقتاً طويلاً، وانخفاض كفاءة التعبير ناقلات4،5غير مؤكد. فيما يتعلق بتحسين BCG، مطلوب نهج بديلة لتحسين الاستمناع دون الحاجة للتغييرات الجينية غير مؤكد.
في هذه الدراسة، نقدم استراتيجية رواية لعرض بروتينات المؤتلف من الفائدة على سطح الخلية BCG يستند التفاعل المعروفة عالية تقارب avidin مع البيوتين. ويسمح هذا النهج مرفق السريع واستنساخه من عبدين المؤتلف الانصهار البروتينات على سطح بيوتينيلاتيد ضد السل، مما يسهل التلاعب الواسع للسل لتحقيق تحسين فعاليته القصوى مع الحفاظ على سلامتها ممتازة تسجيل، لوحظ على مدى عقود الاستخدام.
ألفه عبدين البيوتين مرتفعة للغاية (كد = 10−15 م) وحالما تتشكل، المجمع البيوتين-عبدين مستقرة جداً، ويمكن أن تتعطل فقط تحت ظروف6يشوه. ومع ذلك، لهذا النوع من التفاعل مثابة بديل أسلوب نقل جينات، عرض طويلة الأجل ولكن عكسها البروتينات المؤتلف مطلوب. وهكذا قدمنا هنا من عبدين أحادي تقارب منخفضة (كد = 10−7 م) أن يؤدي إلى الإفراج عن عكسها للبروتين من السطح زينت BCG بلعها مرة واحدة داخل مستضد عرض الخلايا. من أجل توفير دليل على المفهوم، قمنا باختبار هذا الأسلوب استخدام أحادي avidin بروتين تشيميريك تناظر مركب مستضد المستمدة من7،أوفالبومين (OVA)8. وأظهرت النتائج أن سطح الخلية BCG يمكن أن زينت بسهولة وسرعة مع البروتينات الانصهار avidin أحادي وأن هذا الربط إلى السطح BCG مستقرة واستنساخه بدون تغييرات لا يمكن اكتشافها في النمو البكتيري والبقاء على قيد الحياة. أيضا، وجدنا أن BCG مزينة avidin أحادي تنصهر مع البويضات (أفيوفا) يمكن أن تحدث استجابة مناعية مشابهة لتلك الناجمة عن السل وراثيا معربا عن مستضد نفسه على حد سواء في المختبر و في فيفو. هذه التكنولوجيا لعرض عكسها للبروتينات للفائدة على سطح البكتيريا ولذلك هو بديل فعال للنهج نقل الجينات التقليدية ويمكن أن توفر منبرا للتلاعب الواسع للسل ومزيد من التطبيقات في اللقاحات التنمية.
Protocol
Representative Results
Discussion
أبلغنا في هذه الدراسة نهجاً غير وراثية للعرض السريع والفعال للبروتينات الخارجية على سطح BCG لإضافة مولدات معينة أو محددة الخصائص الفنية التي من المتوقع أن يحسن كفاءة الاستمناع للبكتيريا. أظهرنا أن سطح الخلية BCG يمكن بسهولة بيوتينيلاتيد للزخرفة السطحية لحظية مع عبدين الانصهار البروتينات. ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نشكر الدكتور R ستوكس لسلالة البي سي جي باستير وطلال أ للدعم التقني. ونشكر أيضا جينسكريبت للمساعدة في تركيب الجينات.
Materials
| Endotoxin-free RPMI 1640 | StemCell Technologies | 36750 | |
| Sulfo-NHS SS biotin | Thermo Fisher | 21328 | |
| FITC-conjugated streptavidin | Sigma-Aldrich | S3762 | |
| Phycoerythrin (PE)-conjugated I-Ab-OVA323-339 tetramer | MBL International | TS-M710-1 | |
| 7-AAD | BD Pharmingen | 559925 | |
| TALON polyhistidine-Tag purification resin | Clontech | 635501 | |
| Alexa Fluor (AF) 647 conjugated rat anti-mouse CD4 | BD Bioscience | 557681 | |
| AF647 rat anti-mouse IFN-g | BD Bioscience | 557735 | |
| AF647 rat anti-mouse I-A/I-E | BD Bioscience | 562367 | |
| PeCy7 rat anti-mouse CD4 | BD Bioscience | 552775 | |
| PE rat anti-mouse CD8 Ab | BD Bioscience | 561095 | |
| AF 647 rat anti-mouse H-2kb | BD Bioscience | 562832 | |
| FITC-conjugated goat anti rabbit antibody | Thermo Fisher | 31635 | |
| AF 647 rat anti-mouse CD4 | BD Bioscience | 557681 | |
| Ultra-small gold-conjugated goat anti-rabbit IgG | Electron Microscopy Sciences | 25100 | |
| Middlebrook 7H9 broth | BD Diagnostic Systems | 271310 | |
| OADC | BD Diagnostic Systems | B11886 | |
| Tween 80 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
| RAW 264.7 murine macrophage cell lines | American Type Culture Collection | ||
| pDEST17 plasmid | Invitrogen | 11803012 | |
| pUC57-OVA plasmid | GenScript | SD1176 | |
| BP clonase | Invitrogen | 11789020 | |
| LR clonase | Invitrogen | 11791043 | |
| pDONR221 plasmid | Invitrogen | 12536017 | |
| Ni-NTA columns | Qiagen | 31014 | |
| Pierce protein concentrators | Thermo Fisher | 88527 | |
| Flurosave | Calbiochem-Novabiochem | 345789 | |
| Axioplan II epifluorescence microscope | Carl Zeiss Inc | ||
| CCD digital camera | Retiga EX, QImaging | ||
| Tecnai G2 200kV electron microscope | FEI Company | G2 200Kv | |
| 70μm Falcon cell strainer | Thermo Fisher | 87712 | |
| EasyStep mouse biotin positive selection kit | StemCell | 18556 | |
| biotin-Ter119/Ertyroid cells antibody | BioLegend | 116203 | |
| Brefeldin A | BD Pharmingen | 555029 | |
| Cytofix/Cytoperm kit | BD Pharmingen | 554714 | |
| Bright-Glo Luciferase assay system | Promega | e2620 | |
| Turner Biosystem luminometer | Promega | TD-20/20 | |
| Leica EM UC6 microtome | Leica Microsystems | UC6 | |
| Novalyphe NL 500 freeze dryer | Savant Instruments | NL 50 | |
| Wheaton boroscilicate glass vials | Wheaton | VWR 66011-675 |
References
- Horwitz, M. A., Harth, G. A new vaccine against tuberculosis affords greater survival after challenge than the current vaccine in the guinea pig model of pulmonary tuberculosis. Infect. Immun. 71 (4), 1672-1679 (2003).
- Pym, A. S., et al. Recombinant BCG exporting ESAT-6 confers enhanced protection against tuberculosis. Nat Med. 9 (5), 548-553 (2003).
- Grode, L., et al. Increased vaccine efficacy against tuberculosis of recombinant Mycobacterium bovis bacille Calmette-Guerin mutants that secrete listeriolysin. The J Clin Invest. 115 (9), 2472-2479 (2005).
- Bastos, R. G., Borsuk, S., Seixas, F. K., Dellagostin, O. A. Recombinant Mycobacterium bovis BCG. Vaccine. 27 (47), 6495-6503 (2009).
- Mederle, I., et al. Plasmidic versus insertional cloning of heterologous genes in Mycobacterium bovis BCG: impact on in vivo antigen persistence and immune responses. Infect Immun. 70 (1), 303-314 (2002).
- Singh, N. P., et al. A Novel Approach to Cancer Immunotherapy Tumor Cells Decorated with CD80 Generate Effective Antitumor Immunity A Novel Approach to Cancer Immunotherapy Tumor Cells Decorated with CD80 Generate Effective Antitumor Immunity. Cancer Res. 63 (14), 4067-4073 (2003).
- Oizumi, S., Strbo, N., Pahwa, S., Deyev, V., Podack, E. R. Molecular and cellular requirements for enhanced antigen cross-presentation to CD8 cytotoxic T lymphocytes. J Immunol. 179 (4), 2310-2317 (2007).
- Sharif-Paghaleh, E., et al. Monitoring the efficacy of dendritic cell vaccination by early detection of (99m) Tc-HMPAO-labelled CD4(+) T cells. Eur J Immunol. 44 (7), 2188-2191 (2014).
- Sun, J., et al. A broad-range of recombination cloning vectors in mycobacteria. Plasmid. 62 (3), 158-165 (2009).
- Laitinen, O. H., et al. Rational design of an active avidin monomer. J. Biol. Chem. 278 (6), 4010-4014 (2003).
- Flynn, J. L., Chan, J., Triebold, K. J., Dalton, D. K., Stewart, T. A., Bloom, B. R. An essential role for interferon gamma in resistance to Mycobacterium tuberculosis infection. J Exp Med. 178 (6), 2249-2254 (1993).
- Liao, T. Y. A., Lau, A., Joseph, S., Hytonen, V., Hmama, Z. Improving the immunogenicity of the Mycobacterium bovis BCG vaccine by non-genetic bacterial surface decoration using the avidin-biotin system. PLoS ONE. 10 (12), e0145833 (2015).
- Green, N. M. Avidin and streptavidin. Methods Enzymol. 184, 51-67 (1990).
- Howarth, M., Takao, K., Hayashi, Y., Ting, A. Y. Targeting quantum dots to surface proteins in living cells with biotin ligase. PNAS. 102 (21), 7583-7588 (2005).
- Lesch, H. P., Kaikkonen, M. U., Pikkarainen, J. T., Yla-Herttuala, S. Avidin-biotin technology in targeted therapy. Expert Opin Drug Deliv. 7 (5), 551-564 (2010).
- Paganelli, G., Bartolomei, M., Grana, C., Ferrari, M., Rocca, P., Chinol, M. Radioimmunotherapy of brain tumor. Neurol Res. 28 (5), 518-522 (2006).
- Cummings, J. F., et al. Safety and immunogenicity of a plant-produced recombinant monomer hemagglutinin-based influenza vaccine derived from influenza A (H1N1)pdm09 virus: a Phase 1 dose-escalation study in healthy adults. Vaccine. 32 (19), 2251-2259 (2014).
- Kolotilin, I., et al. Plant-based solutions for veterinary immunotherapeutics and prophylactics. Vet Res. 45, 114-117 (2014).
- Demonte, D., Drake, E. J., Lim, K. H., Gulick, A. M., Park, S. Structure-based engineering of streptavidin monomer with a reduced biotin dissociation rate. Proteins. 81 (9), 1621-1633 (2013).
- Deghmane, A. E., et al. Lipoamide dehydrogenase mediates retention of coronin-1 on BCG vacuoles, leading to arrest in phagosome maturation. J Cell Sci. 120 (19), 3489-3489 (2007).
- Soualhine, H., et al. Mycobacterium bovis bacillus Calmette-Guerin secreting active cathepsin S stimulates expression of mature MHC class II molecules and antigen presentation in human macrophages. J Immunol. 179 (8), 5137-5145 (2007).
- Bubb, M. O., Green, F., Conradie, J. D., Tchernyshev, B., Bayer, E. A., Wilchek, M. Natural antibodies to avidin in human serum. ImmunolLett. 35 (3), 277-280 (1993).
- Petronzelli, F., et al. Therapeutic use of avidin is not hampered by antiavidin antibodies in humans. Cancer Biother Radiopharm. 25 (5), 563-570 (2010).
- Bigini, P., et al. In vivo fate of avidin-nucleic acid nanoassemblies as multifunctional diagnostic tools. ACS Nano. 8 (1), 175-187 (2014).
