Yüksek Patojenik H5N1 ve Kuş H7N9 Virüslerinden Zarf Glikoproteinleri Ile Yüksek Titer Enfeksiyöz İnfluenza Pseudotyped Partiküllerin Üretimi
Summary
Bu protokol, iki influenza A suşlarından zarf glikoproteinleri ile yüksek titreyen enfeksiyöz viral psödotipli parçacıklar (pp) üretmek için deneysel bir süreci ve bunların enfekteliğini nasıl belirleyeceklerini açıklamaktadır. Bu protokol, farklı zarf glikoproteinleri ile zarflı virüslerin herhangi bir tür pps geliştirmek için son derece uyarlanabilir.
Abstract
Son derece patojen kuş gribi A virüsü H5N1 (HPAI H5N1) ve H7N9 insanlar ve bunların öldürücü ara sıra doğrudan iletim ciddi halk sağlığı sorunları ve bir salgın olasılığını düşündürmektedir. Ancak, virüsün moleküler anlayışı ilkeldir ve zarf proteinlerinin biyolojik özelliklerini tedavi edici hedefler olarak incelemek ve enfeksiyonu kontrol etmek için stratejiler geliştirmek gereklidir. Kuş gribi virüsünü incelemek için katı bir viral psödotipli parçacık (pp) platformu geliştirdik, hemagglutinin (HA) ve nöraminidaz (NA) zarf glikoproteinlerin fonksiyonel analizi, HAs ve NA’ların reassortment özellikleri, reseptörler, tropizmler, nötralize antikorlar, tanı, enfektivite, ilaç geliştirme ve aşı tasarımı amacıyla. Burada, iki influenza A türünden (HAPI H5N1 ve 2013 kuş H7N9) zarf glikoproteinleri (HA, NA) ile pps oluşturmak için deneysel bir prosedür açıklıyoruz. Onların nesil murine lösemi virüsü (MLV) gibi bazı virüslerin kapasitesine dayanmaktadır, bir pp içine zarf glikoproteinler dahil etmek. Buna ek olarak, bu pps RT-qPCR ile nasıl ölçülür ve yerli ve uyumsuz virüs pps enfekte algılama HAs ve NA’ların kökenine bağlı olarak ayrıntılı. Bu sistem son derece esnek ve uyarlanabilir ve zarflı virüs başka bir tür dahil edilebilir zarf glikoproteinler ile viral pps kurmak için kullanılabilir. Böylece, bu viral parçacık platformu birçok araştırma araştırmalarında vahşi virüsleri incelemek için kullanılabilir.
Introduction
Viral bir parçacığın görevi, genomunu enfekte olmuş bir konak hücreden enfekte olmayan bir konak hücreye taşımak ve onu bir çoğaltma-yetkin form1’desitoplazmaya veya çekirdeğe ulaştırmaktır. Bu süreç başlangıçta konak hücre reseptörlerine bağlanması ile tetiklenir, virion ve hücre zarlarının füzyon u izledi. Grip virüsleri gibi zarflı virüsler için, başak glikoproteinler reseptör bağlama ve füzyonsorumludur 1,2. Viral zarf glikoproteinler (örneğin, pirojenler, antijenler), virüs yaşam döngüsü başlatma (bağlama ve füzyon), viral patogenez, immünojenite, konak hücre apoptozisi ve hücresel tropizm, hücresel endositik yol, yanı sıra interspecies iletim ve reassortment1,3,4,5,6,7gibi birçok önemli özellikleri ve olayları, yer almaktadır. Viral zarf glikoproteinler üzerinde araştırma bize viral enfeksiyon sürecinin birçok yönünü anlamamıza yardımcı olacaktır. Pseudotyped viral parçacıklar (pp), ayrıca pseudovirions veya psödo partikülleri olarak adlandırılan, bir psödotiplemetekniği8,9,10ile oluşturulabilir. Bu teknoloji hepatit C11,12,hepatit B13, vesiküler stomatit virüsü (VSV)14,15, ve grip virüsü16,17,18,19dahil olmak üzere birçok virüs, psödotipli parçacıklar geliştirmek için kullanılmıştır. Bu teknoloji lentiviruses veya diğer retrovirüslerin Gag-Pol protein dayanmaktadır.
Psödotipli viral parçacıklar, viral zarf glikoprotein ekspresyonu plazmidi, zarf env geni eksik retroviral ambalaj plazmidi ve pp üretici hücrelerine ayrı bir muhabir plazmid kotransfecting tarafından üç plazmid sistemi kullanılarak elde edilebilir. Retrovirüs gag proteini tarafından monte edilir ve virüs zarfprotein1ifade enfekte bir hücre zarından tomurcukları . Bu nedenle, influenza HA ve NA ifade eden bir hücresel membran üzerinde tomurcukları üretmek için retrovirus Gag proteinkullanarak yüksek titer influenza pps elde etmek mümkündür. Önceki çalışmalarımızda, tüm kombinasyonlarda HAs / NAs fonksiyonel ve viral yaşam döngüsü16,17,18,20,21karşılık gelen işlevlerini gerçekleştirmek mümkün idi. Bu pps grip biyolojik özelliklerini araştırmak için kullanılır, hemagglutination dahil, neuraminidaz aktivitesi, HA-reseptör bağlama tropizm, ve enfektivite. HA ve NA viral yaşam döngüsünde hem önemli yüzey fonksiyonel proteinler olduğundan, uyumsuz HAs ve NA’lar influenza farklı suşları türetilen kısmen aralarında reassortment gösterebilir. Burada, üç plazmid psödotipleme sistemi kullanarak, iki HAs ve iki NA ‘yi (HPAI H5N1 suş ve H7N9 lekesinden türetilmiş) birleştirerek sekiz tür influenza pps üretiyoruz. Bu sekiz pps türü iki yerli pps içerir, H5N1pp, H7N9pp; iki eşleşmemiş pps, (H5+N9)pp, (H7+N1)pp; ve sadece tek bir glikoprotein (HA veya NA), H5pp, N1pp, H7pp, N9pp. Grip virüsü üzerine yapılan çalışmalar, H5N1 ve H7N9 gibi biyogüvenlik gereksinimleri ile sınırlıdır. Yaban influenza virüs suşları ile ilgili tüm çalışmalar biyogüvenlik düzeyi 3 (BSL-3) laboratuarında yapılmalıdır. Psödotipli viral parçacık teknolojisi, yapay virion’u biyogüvenlik seviyesi 2 (BSL-2) ayarında paketlemek için kullanılabilir. Bu nedenle pps, iki büyük glikoproteinine bağlı olarak grip virüsü süreçlerini incelemek için daha güvenli ve yararlı bir araçtır: hemagglutinin (HA) ve nöraminidaz (NA).
Bu protokol, bu pps’lerin üretimini üç plazmid li kotransfeksiyon stratejisi (Şekil 1’degenel olarak), pps’nin nasıl ölçülecek ve enfektelik tespiti ile açıklar. PP üretimi üç çeşit plazmid içerir (Şekil 1). Retrovirüs Gag-Pol proteinini kodlayan gag-pol geni retrovirüs ambalaj kitinden klonlandı ve pcDNA 3.1 plazmidine yerleştirildi ve pcDNA-Gag-Pol olarak adlandırıldı. Yeşil Floresan Proteini kodlayan geliştirilmiş yeşil floresan protein (eGFP) geni pTRE-EGFP vektöründen klonlandı, pcDNA 3.1 plazmidine yerleştirildi ve pcDNA-GFP olarak adlandırıldı. Klonlama sırasında bir astar ile bir ambalaj sinyali () dizisi eklendi. HA ve NA genleri sırasıyla pVRC-HA ve pVRC-NA adı verilen bir pVRC plazmidine klonlandı. Son plazmid füzyon proteinini kodlar ve ilgi çekici başka bir füzyon proteini ile değiştirilebilir. Psödotipleme platformumuz iki glikoprotein ekspresyonu içerir: pVRC-HA ve pVRC-NA. Bu bir BSL-2 ayarında farklı virüs suşları arasında reassortment araştırma basitleştirebilirsiniz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolde, bir BSL-2 ayarında influenza virüs psödotipli parçacıklar (pp) üretmek için bir yöntem açıklar. Muhabir plazmid pcDNA-GFP pps dahil ve bir enfektelik testi FACS tarafından pps ölçmek için kullanılabilir. Grip araştırmalarında yaygın olarak kullanıldığı için iki tür duyarlı hücre hattı seçtik. MDCK hücreleri bu çalışmalarda kullanılan değişken ölümsüzleştirilmiş insan hücrelerine iyi bir kontrol sağlayacaktır.
Bu protokol retrovirüs ML…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Zhejiang İl Tıp ve Sağlık Bilimleri ve Teknoloji Planı (Hibe Numaraları, 2017KY538), Hangzhou Belediye Tıp ve Sağlık Bilimleri ve Teknoloji Planı (Hibe Numaraları, OO20190070), Hangzhou Tıp Bilimi ve Teknoloji nin anahtarı Projesi (Grant Numbers, 2014Z11) ve Hangzhou belediye nin sosyal gelişim ve bilimsel araştırma özerk uygulama projesi (Hibe Numaraları, 20191203B134).
Materials
| Benzonase Nuclease | Millipore | 70664 | Effective viscosity reduction and removal of nucleic acids from protein solutions |
| Clear Flat Bottom Polystyrene TC-treated Microplates (96-well) | Corning | 3599 | Treated for optimal cell attachment Sterilized by gamma radiation and certified nonpyrogenic Individual alphanumeric codes for well identification |
| Clear TC-treated Multiple Well Plates (6-wells) | Costar | 3516 | Individual alphanumerical codes for well identification Treated for optimal cell attachment Sterilized by gamma irradiation |
| Dulbecco's modified essential medium (DMEM) | Gibco | 11965092 | A widely used basal medium for supporting the growth of many different mammalian cells |
| Fetal bovine serum | Excell | FND500 | fetal bovine sera that can offer excellent value for basic cell culture, specialty research, and specific assays |
| Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) | Beckman coulter | cytoflex | |
| Human alveolar adenocarcinoma A549 cells | ATCC | CRM-CCL-185 | |
| Human embryonic kidney (HEK) HEK-293T/17 cells | ATCC | CRL-11268 | A versatile transfection reagent that has been shown to effectively transfect the widest variety of adherent and suspension cell lines |
| Inverted fluorescent biological microscope | Olympus | BX51-32P01-FLB3 | |
| Inverted light microscope | Olympus | CKX31-12PHP | |
| Lipofectamine 2000 Transfection Reagent | Invitrogen | 11668019 | Rapid, sensitive and precise probe-based qPCR detection and quantitation of target RNA targets. |
| Luna Universal Probe One-Step RT-qPCR Kit | NEB | E3006L | Will withstand up to 14,000 RCF RNase-/DNase-free Nonpyrogenic |
| Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cells | ATCC | CCL-34 | |
| MaxyClear Snaplock Microcentrifuge Tube (1.5 mL) | Axygen | MCT-150-C | 33 mm, gamma sterilized |
| Millex-HV Syringe Filter Unit, 0.45 µm, PVDF | Millipore | SLHV033RS | an improved Minimal Essential Medium (MEM) that allows for a reduction of Fetal Bovine Serum supplementation by at least 50% with no change in cell growth rate or morphology. Opti-MEM I medium is also recommended for use with cationic lipid transfection reagents, such as Lipofectamine reagent. |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Gibco | 11058021 | The antibiotics penicillin and streptomycin are used to prevent bacterial contamination of cell cultures due to their effective combined action against gram-positive and gram-negative bacteria. |
| penicillin-streptomycin | Gibco | 15140122 | Maximum RCF is 12,500 xg Temperature range from -80 °C to 120 °C RNase-/DNase-free Sterile |
| PP Centrifuge Tubes (15 mL) | Corning | 430791 | a stable and highly reactive serine protease |
| Proteinase K | Beyotime | ST532 | Treated for optimal cell attachment Sterilized by gamma radiation and certified nonpyrogenic |
| TC-treated Culture Dish (60mm) | Corning | 430166 | Trypsin from bovine pancreas TPCK Treated, essentially salt-free, lyophilized powder, ≥10,000 BAEE units/mg protein |
| TPCK-trypsin | Sigma | T1426 | This liquid formulation of trypsin contains EDTA and phenol red. Gibco Trypsin-EDTA is made from trypsin powder, an irradiated mixture of proteases derived from porcine pancreas. Due to its digestive strength, trypsin is widely used for cell dissociation, routine cell culture passaging, and primary tissue dissociation. The trypsin concentration required for dissociation varies with cell type and experimental requirements. |
| Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Gibco | 25200056 |
References
- Knipe, D. M., Howley, P. M. . Fields Virology (6th). , (2013).
- White, J. M., Delos, S. E., Brecher, M., Schornberg, K. Structures and mechanisms of viral membrane fusion proteins: multiple variations on a common theme. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 43 (3), 189-219 (2008).
- Bright, R. A., et al. Cross-clade protective immune responses to influenza viruses with H5N1 HA and NA elicited by an influenza virus-like particle. PLoS One. 3 (1), 1501 (2008).
- Yang, J., et al. Reliability of pseudotyped influenza viral particles in neutralizing antibody detection. PLoS One. 9 (12), 113629 (2014).
- Wyatt, R., Sodroski, J. The HIV-1 envelope glycoproteins: fusogens, antigens, and immunogens. Science. 280 (5371), 1884-1888 (1998).
- Joe, A. K., Foo, H. H., Kleeman, L., Levine, B. The transmembrane domains of Sindbis virus envelope glycoproteins induce cell death. Journal of Virology. 72 (5), 3935-3943 (1998).
- Albecka, A., Laine, R. F., Janssen, A. F., Kaminski, C. F., Crump, C. M. HSV-1 Glycoproteins Are Delivered to Virus Assembly Sites Through Dynamin-Dependent Endocytosis. Traffic. 17 (1), 21-39 (2016).
- Huang, A. S., Palma, E. L., Hewlett, N., Roizman, B. Pseudotype formation between enveloped RNA and DNA viruses. Nature. 252 (5485), 743-745 (1974).
- Rubin, H. Genetic Control of Cellular Susceptibility to Pseudotypes of Rous Sarcoma Virus. Virology. 26, 270-276 (1965).
- Steffen, I., Simmons, G. Pseudotyping Viral Vectors With Emerging Virus Envelope Proteins. Current Gene Therapy. 16 (1), 47-55 (2016).
- Bartosch, B., Dubuisson, J., Cosset, F. L. Infectious hepatitis C virus pseudo-particles containing functional E1-E2 envelope protein complexes. Journal of Experimental Medicine. 197 (5), 633-642 (2003).
- Bian, T., Zhou, Y., Bi, S., Tan, W., Wang, Y. HCV envelope protein function is dependent on the peptides preceding the glycoproteins. Biochemical and Biophysical Research Communications. 378 (1), 118-122 (2009).
- Gudima, S., Meier, A., Dunbrack, R., Taylor, J., Bruss, V. Two potentially important elements of the hepatitis B virus large envelope protein are dispensable for the infectivity of hepatitis delta virus. Journal of Virology. 81 (8), 4343-4347 (2007).
- Yoshida, Y., Emi, N., Hamada, H. VSV-G-pseudotyped retroviral packaging through adenovirus-mediated inducible gene expression. Biochemical and Biophysical Research Communications. 232 (2), 379-382 (1997).
- Burns, J. C., Friedmann, T., Driever, W., Burrascano, M., Yee, J. K. Vesicular stomatitis virus G glycoprotein pseudotyped retroviral vectors: concentration to very high titer and efficient gene transfer into mammalian and nonmammalian cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (17), 8033-8037 (1993).
- Zhang, F., et al. Characterization of pseudoparticles paired with hemagglutinin and neuraminidase from highly pathogenic H5N1 influenza and avian influenza A (H7N9) viruses. Virus Research. 253, 20-27 (2018).
- Zhang, F., et al. Infectivity of Pseudotyped Particles Pairing Hemagglutinin of Highly Pathogenic Avian Influenza a H5N1 Virus with Neuraminidases of The 2009 Pandemic H1N1 and a Seasonal H3N2. Journal of Bioterrorism & Biodefense. 2, 104 (2011).
- Wu, J., et al. Characterization of neuraminidases from the highly pathogenic avian H5N1 and 2009 pandemic H1N1 influenza A viruses. PLoS One. 5 (12), 15825 (2010).
- Nefkens, I., et al. Hemagglutinin pseudotyped lentiviral particles: characterization of a new method for avian H5N1 influenza sero-diagnosis. Journal of Clinical Virology. 39 (1), 27-33 (2007).
- Zhang, Y., et al. Hemagglutinin and neuraminidase matching patterns of two influenza A virus strains related to the 1918 and 2009 global pandemics. Biochemical and Biophysical Research Communications. 387 (2), 405-408 (2009).
- Lin, X., et al. Oseltamivir boosts 2009 H1N1 virus infectivity in vitro. Biochemical and Biophysical Research Communications. 390 (4), 1305-1308 (2009).
- McKay, T., Patel, M., Pickles, R. J., Johnson, L. G., Olsen, J. C. Influenza M2 envelope protein augments avian influenza hemagglutinin pseudotyping of lentiviral vectors. Gene Therapy. 13 (8), 715-724 (2006).
- Pan, H., et al. Autophagy mediates avian influenza H5N1 pseudotyped particle-induced lung inflammation through NF-kappaB and p38 MAPK signaling pathways. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 306 (2), 183-195 (2014).
- Szecsi, J., et al. Induction of neutralising antibodies by virus-like particles harbouring surface proteins from highly pathogenic H5N1 and H7N1 influenza viruses. Virology Journal. 3, 70 (2006).
- Garcia, J. M., Lagarde, N., Ma, E. S., de Jong, M. D., Peiris, J. S. Optimization and evaluation of an influenza A (H5) pseudotyped lentiviral particle-based serological assay. Journal of Clinical Virology. 47 (1), 29-33 (2010).
- Garcia, J. M., Lai, J. C. Production of influenza pseudotyped lentiviral particles and their use in influenza research and diagnosis: an update. Expert Review of Anti-infective Therapy. 9 (4), 443-455 (2011).
- Haynes, J. R., et al. Influenza-pseudotyped Gag virus-like particle vaccines provide broad protection against highly pathogenic avian influenza challenge. Vaccine. 27 (4), 530-541 (2009).
- Schmeisser, F., et al. Production and characterization of mammalian virus-like particles from modified vaccinia virus Ankara vectors expressing influenza H5N1 hemagglutinin and neuraminidase. Vaccine. 30 (23), 3413-3422 (2012).
- Liu, Y. V., et al. Chimeric severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) S glycoprotein and influenza matrix 1 efficiently form virus-like particles (VLPs) that protect mice against challenge with SARS-CoV. Vaccine. 29 (38), 6606-6613 (2011).
- Moeschler, S., Locher, S., Conzelmann, K. K., Kramer, B., Zimmer, G. Quantification of Lyssavirus-Neutralizing Antibodies Using Vesicular Stomatitis Virus Pseudotype Particles. Viruses. 8 (9), 254 (2016).
- Lai, A. L., Millet, J. K., Daniel, S., Freed, J. H., Whittaker, G. R. The SARS-CoV Fusion Peptide Forms an Extended Bipartite Fusion Platform that Perturbs Membrane Order in a Calcium-Dependent Manner. Journal of Molecular Biology. 429 (24), 3875-3892 (2017).
- Millet, J. K., et al. Middle East respiratory syndrome coronavirus infection is inhibited by griffithsin. Antiviral Research. 133, 1-8 (2016).
- Millet, J. K., et al. Production of Pseudotyped Particles to Study Highly Pathogenic Coronaviruses in a Biosafety Level 2 Setting. Journal of Visualized Experiments. (145), e59010 (2019).
- Ma, M., et al. Murine leukemia virus pseudotypes of La Crosse and Hantaan Bunyaviruses: a system for analysis of cell tropism. Virus Research. 64 (1), 23-32 (1999).
- Wool-Lewis, R. J., Bates, P. Characterization of Ebola virus entry by using pseudotyped viruses: identification of receptor-deficient cell lines. Journal of Virology. 72 (4), 3155-3160 (1998).
- Chen, C. M., et al. Production and design of more effective avian replication-incompetent retroviral vectors. Developmental Biology. 214 (2), 370-384 (1999).
- Kaku, Y., et al. Second generation of pseudotype-based serum neutralization assay for Nipah virus antibodies: sensitive and high-throughput analysis utilizing secreted alkaline phosphatase. Journal of Virological Methods. 179 (1), 226-232 (2012).
- Rudiger, D., Kupke, S. Y., Laske, T., Zmora, P., Reichl, U. Multiscale modeling of influenza A virus replication in cell cultures predicts infection dynamics for highly different infection conditions. PLOS Computational Biology. 15 (2), 1006819 (2019).
- Petiot, E., et al. Influenza viruses production: Evaluation of a novel avian cell line DuckCelt(R)-T17. Vaccine. 36 (22), 3101-3111 (2018).
