Summary

Medição de BK-Polyomavirus não-codificação região controle driven transcriptional atividade via citometria de fluxo

Published: July 13, 2019
doi:

Summary

Neste manuscrito, um protocolo é apresentado para executar a medida FACS-baseada da atividade transcricional de BK-Polyomavirus usando as pilhas HEK293T transfected com um plasmídeo bidirecional do repórter que expressa tdtomato e EGFP. Este método permite determinar quantitativamente a influência de novos compostos na transcrição viral.

Abstract

Os poliomavírus, como o BK-Polyomavirus (BKPyV), podem causar patologias severas em pacientes imunocomprometidos. No entanto, uma vez que os antivirais altamente eficazes não estão atualmente disponíveis, são necessários métodos que medem o impacto de potenciais agentes antivirais. Aqui, um repórter de fluorescência dupla que permite a análise do BKPyV não-codificação de controle-região (NCCR) impulsionado atividade precoce e tardia promotor foi construído para quantificar o impacto de potenciais medicamentos antivirais na expressão gênica viral via tdTomato e eGFP Expressão. Além, clonando os amplicões de bkpyv-nccr que neste protocolo foram obtidos exemplarmente do ADN sangue-derivado de pacientes transplantados renais imunocomprometidos, o impacto de nccr-rearranjos na expressão de gene viral pode ser determinado. Depois da clonagem dos amplicons derivados pacientes, as pilhas HEK293T foram transfected com o repórter-Plasmids, e tratadas com os agentes antivirais potenciais. Subseqüentemente, as pilhas foram sujeitadas a FACS-análise para medir as intensidades médias da fluorescência 72 h transfection do borne. Para testar também a análise de drogas que têm um potencial efeito inibidor do ciclo celular, apenas transfected e, portanto, as células fluorescentes são usadas. Desde que este ensaio é executado no grande antígeno de T que expressa pilhas, o impacto da expressão adiantada e atrasada pode ser analisado em uma maneira mutuamente independente.

Introduction

Os poliomavírus representam uma família independente de pequenos vírus de DNA duplo-encalhado (dsDNA) com o vírus Simian 40 (SV40) como uma espécie de protótipo. A infecção primária ocorre principalmente durante a infância, que geralmente prosseguem sem sintomas de doença e geralmente causam infecções latentes em hospedeiros competentes imunológicos. O BK-Polyomavirus (BKPyV) persiste principalmente em células tubulares renais sem causar nefropatologia, no entanto, em caso de comprometimento da imuno-competência após o transplante renal, o vírus pode reativar e causar danos graves e comprometimento do enxerto função ao atingir uma viremia alta (1 x 104 bkpyv DNA cópias/ml)1,2. Em aproximadamente 10% dos receptores de transplante renal, a reativação do BK-Polyomavirus (bkpyv) resulta em uma nefropatia associada ao poliomavírus (pyvan), que foi de até 80% associada a um alto risco de falhas renais do aloenxerto3,4 . Desde que nenhum agente antiviral aprovado está disponível, a terapia atual é baseada na redução do immunosuppression. Curiosamente, os inibidores de mTOR parecem ter um efeito antiviral; assim, comutar a terapia imunossupressores ao imunossupressão mTOR-baseado pôde representar uma aproximação alternativa para impedir a progressão do bkpyv viremia5,6,7. No entanto, o mecanismo antiviral baseado em mTOR é atualmente ainda incompletamente compreendido. Assim, são necessários métodos que medem o impacto de potenciais agentes antivirais em concentrações clinicamente relevantes.

O genoma circular do BKPyV consiste em aproximadamente 5 KB abrigando uma região de controle não-codificante (NCCR) que serve como uma origem de replicação e concomitantemente um promotor bidirecional dirigindo a expressão de transcrições de mRNA de fase precoce e tardia. Desde que ocorra espontâneamente nccr-rearranjos, deleções, e duplicações são encontrados no bkpyv patogénico8 e acumulado significativamente nos pacientes que sofrem de pvan5,9, uma comparação de arquetípico (WT) e Re-arranjado (RR) NCCR-atividades são úteis para caracterizar a aptidão replicativa viral.

Como resumido na Figura 1, este protocolo descreve um método comumente usado para medir a atividade transcricional de BKPyV nccr quantificando a fluorescência de dois fluoróforos tdTomato e EGFP expressos a partir de um repórter plasmídeo5, 9,10,11. O procedimento é realizado na presença do antígeno T SV40 grande (lTAg), que permite analisar o impacto de potenciais agentes antivirais na atividade de NCCR precoce e tardia separadamente5. Este ensaio analisa ainda mais o impacto dos rearranjos sobre a atividade da nccr e a comparação com o WT-nccrs5,9. O plasmídeo do repórter abriga o sinal atrasado da poliadenilação SV40 a jusante de cada frame de leitura aberto do fluoróforo para assegurar o processamento comparável e eficiente de ambos os transcritos para tdtomato e EGFP, respectivamente. Comparado aos métodos baseados em qRT-PCR5,12, esta aproximação FACS-baseada representa uma alternativa compatível do baixo custo e da taxa de transferência elevada desde nenhuns protocolos complicados da extração para a cultura de pilha contaminada e nenhum caro os anticorpos para a mancha imune da fluorescência são necessários. Além disso, uma vez que uma quantidade definida de células fluorescentes é analisada através da citometria de fluxo, a análise dos agentes inibidores do ciclo celular também é possível de forma quantitativa.

Protocol

Este protocolo segue as diretrizes da pesquisa humana, conforme aprovado pelo Comitê de ética da faculdade de medicina da Universidade de Duisburg-Essen (14-6028-BO). 1. coleta de amostras de sangue ou urina e isolamento de DNA de poliomavirus Colete pelo menos 3 mL de sangue em tubos de EDTA ou urina em tubos de aquisição. Centrifugue a amostra a 2.500 x g durante 15 min. Se necessário, pipeta o plasma em um tubo novo e armazene as amostras do plasma em 4 ° …

Representative Results

Neste experimento representativo, a atividade transcricional da região de controle não-codificante BK-Polyomavirus foi mensurada via citometria de fluxo. Além, um inibidor de mTOR, que possa ser usado para tratar pacientes após o reactivation de BKPyV, foi testado para sua inibição da expressão adiantada viral do gene. Para tal, utilizou-se um ensaio de dupla fluorescência-repórter como publicado anteriormente5. O esquema de fluxo de trabalho geral da conf…

Discussion

Neste artigo, um método comumente usado é apresentado que permite a análise do BKPyV não-codificação controle-região (NCCR) impulsionado atividade promotor precoce e tardia. A atividade da NCCR pode ser medida simultaneamente e não precisa de Lise das células transfectadas. Além disso, um número relativamente grande de pilhas pode ser analisado e o co-transfection de marcadores adicionais para a normalização dos valores da fluorescência não é necessário.

Uma parte crítica des…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores agradecem a Barbara Bleekmann pela excelente assistência técnica. Estes estudos foram apoiados pelo IFORES-programa da Universidade de Duisburg-Essen Medical School e do RIMUR-programa da Universidade Alliance Ruhr e Mercator Research Center Ruhr (MERCUR). Os autores agradecem a Jürgen-Manchot-Stiftung pela bolsa de doutorado de Helene Sertznig e apoio constante. A coleta e uso do material do paciente foi aprovada pelo Comitê de ética da faculdade de medicina da Universidade Duisburg-Essen (14-6028-BO).

Materials

100 bp ladder NEB N3231 Any ladder with a range up to 1 kb can be substituted
2-log ladder NEB N0550 Any ladder with a range up to 10 kb can be substituted
Agar-Agar, Kobe I Carl Roth 5210.3
AgeI-HF NEB R3552
Ampicillin Natriumsalz Cellpure Carl Roth HP62.1
Aqua ad iniectabilia Bbraun 2351744 can be substituted by any manufacturer
BD FACSCanto™ II BD Biosciences
BD FACSDiva BD Biosciences
DAPI Sigma 10236276001
DFC450C camera module Leica Any camera can be used
DMEM Gibco 41966-029 can be substituted by any manufacturer
DMIL LED microscope Leica Any fluorescence microscope can be used
DNA Blood Mini Kit Qiagen 51104 can be substituted by any manufacturer
E.coli DH5alpha Competent Cells Thermo Scientific 18258012
FBS Superior MerckMillipore 50615 Any FBS can be used
FlowJo v10.5.3 FlowJo, LLC Any flow cytometry software FBS can be used
Gel Loading Dye, Purple (6X)  NEB B7024 Any 6x loading dye can be substituted
HEK293T cells ATCC 11268 These cells constitutively express the simian virus 40 (SV40) large T antigen, and clone 17 was selected specifically for its high transfectability.
HERAcell® 240i CO2 Incubator Thermo Scientific can be substituted by any manufacturer
HotStar PCR kit Qiagen 203203
Intas Gel documentation system Intas Any visualisation system for stained DNA containing agarose gels can be used
Low Melt Agarose Biozym 850081 can be substituted by any manufacturer
Opti-MEM Invitrogen 31985070 can be substituted by any manufacturer
pBKV (34-2) ATCC 45025 Plasmid harboring the full-length genome of BKPyV strain Dunlop; was used as a positive control; DNA Seq. Acc.: KP412983
PBS Gibco 14190-136
PCR Cycler MJ Mini 48-Well Personal Cycler Bio-Rad discontinued product Any thermocycler can be used
PCR Nucleotide Mix, 10 mM Promega #C1145 can be substituted by any manufacturer
PCR1 and PCR2 Primers metabion not applicable Desalted. Dilute to (10 µM) with PCR grade water
PenStrep (100x) Gibco 15140-122 can be substituted by any manufacturer
Roti®-GelStain Carl Roth 3865 A fluorescence based stain for measuring dsDNA concentration
SpeI-HF NEB R3133
T4-DNA Ligase NEB M0202
TransIT LT1 Mirus MIR2300
Trypsin 0.05% – EDTA Gibco 25300-054 can be substituted by any manufacturer
ZymoPURE II Plasmid Kit Zymo D4201 can be substituted by any manufacturer

References

  1. Drachenberg, C. B., et al. Histological patterns of polyomavirus nephropathy: correlation with graft outcome and viral load. American Journal of Transplant. 4 (12), 2082-2092 (2004).
  2. Korth, J., et al. Impact of low-level BK polyomavirus viremia on intermediate-term renal allograft function. Transplant Infectious Disease. 20 (1), (2018).
  3. Hirsch, H. H., et al. European perspective on human polyomavirus infection, replication and disease in solid organ transplantation. Clinical Microbiology and Infection. 20 Suppl 7, 74-88 (2014).
  4. Masutani, K., et al. The Banff 2009 Working Proposal for polyomavirus nephropathy: a critical evaluation of its utility as a determinant of clinical outcome. American Journal of Transplantation. 12 (4), 907-918 (2012).
  5. Korth, J., et al. Impact of immune suppressive agents on the BK-Polyomavirus non coding control region. Antiviral Research. 159, 68-76 (2018).
  6. Hirsch, H. H., Yakhontova, K., Lu, M., Manzetti, J. BK Polyomavirus Replication in Renal Tubular Epithelial Cells Is Inhibited by Sirolimus, but Activated by Tacrolimus Through a Pathway Involving FKBP-12. Amerian Journal of Transplantation. 16 (3), 821-832 (2016).
  7. Sanchez Fructuoso, A. I., et al. Mammalian target of rapamycin signal inhibitors could play a role in the treatment of BK polyomavirus nephritis in renal allograft recipients. Transplant Infectious Disease. 13 (6), 584-591 (2011).
  8. Moens, U., Johansen, T., Johnsen, J. I., Seternes, O. M., Traavik, T. Noncoding control region of naturally occurring BK virus variants: sequence comparison and functional analysis. Virus Genes. 10 (3), 261-275 (1995).
  9. Gosert, R., et al. Polyomavirus BK with rearranged noncoding control region emerge in vivo in renal transplant patients and increase viral replication and cytopathology. Journal of Experimental Medicine. 205 (4), 841-852 (2008).
  10. Bethge, T., et al. Sp1 sites in the noncoding control region of BK polyomavirus are key regulators of bidirectional viral early and late gene expression. Journal of Virology. 89 (6), 3396-3411 (2015).
  11. Gosert, R., Kardas, P., Major, E. O., Hirsch, H. H. Rearranged JC virus noncoding control regions found in progressive multifocal leukoencephalopathy patient samples increase virus early gene expression and replication rate. Journal of Virology. 84 (20), 10448-10456 (2010).
  12. Bernhoff, E., Gutteberg, T. J., Sandvik, K., Hirsch, H. H., Rinaldo, C. H. Cidofovir inhibits polyomavirus BK replication in human renal tubular cells downstream of viral early gene expression. American Journal of Transplantation. 8 (7), 1413-1422 (2008).
  13. Widera, M., et al. HIV-1 persistent viremia is frequently followed by episodes of low-level viremia. Medical Microbiology Immunology. , (2017).
  14. Zhang, S., Cahalan, M. D. Purifying plasmid DNA from bacterial colonies using the QIAGEN Miniprep Kit. Journal of Visualized Experiment. (6), 247 (2007).
  15. Drew, R. J., Walsh, A., Laoi, B. N., Crowley, B. Phylogenetic analysis of the complete genome of 11 BKV isolates obtained from allogenic stem cell transplant recipients in Ireland. Journal of Medical Virology. 84 (7), 1037-1048 (2012).
  16. Dorries, K., Vogel, E., Gunther, S., Czub, S. Infection of human polyomaviruses JC and BK in peripheral blood leukocytes from immunocompetent individuals. Virology. 198 (1), 59-70 (1994).
  17. Teutsch, K., et al. Early identification of renal transplant recipients with high risk of polyomavirus-associated nephropathy. Medical Microbiology Immunology. 204 (6), 657-664 (2015).
  18. Basu, S., Campbell, H. M., Dittel, B. N., Ray, A. Purification of specific cell population by fluorescence activated cell sorting (FACS). Journal of Visualized Experiment. (41), (2010).
  19. Korth, J., et al. The detection of BKPyV genotypes II and IV after renal transplantation as a simple tool for risk assessment for PyVAN and transplant outcome already at early stages of BKPyV reactivation. Journal of Clinical Virology. 113, 14-19 (2019).
  20. Caputo, A., Barbanti-Brodano, G., Wang, E., Ricciardi, R. P. Transactivation of BKV and SV40 early promoters by BKV and SV40 T-antigens. Virology. 152 (2), 459-465 (1986).
  21. Shaner, N. C., Steinbach, P. A., Tsien, R. Y. A guide to choosing fluorescent proteins. Nature Methods. 2 (12), 905-909 (2005).

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Cite This Article
Korth, J., Sertznig, H., Moyrer, S., Doevelaar, A. A. N., Westhoff, T. H., Babel, N., Witzke, O., Kribben, A., Dittmer, U., Widera, M. Measurement of BK-polyomavirus Non-Coding Control Region Driven Transcriptional Activity Via Flow Cytometry. J. Vis. Exp. (149), e59755, doi:10.3791/59755 (2019).

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