Aqui, apresentamos um protocolo para a produção de adenovírus usando o sistema pAdEasy. A tecnologia inclui a recombinação dos plasmídeos pAdEasy-1, a embalagem e amplificação do adenovírus, a purificação das partículas adenovirais do meio de cultura e lise celular, a titulação viral e o teste funcional do adenovírus.
A transdução adenoviral tem a vantagem de uma forte e transitória indução da expressão do gene de interesse em uma ampla variedade de tipos e órgãos celulares. No entanto, a tecnologia adenoviral recombinante é trabalhosa, demorada e cara. Aqui, apresentamos um protocolo aprimorado usando o sistema pAdEasy para obter partículas adenovirais purificadas que podem induzir uma forte expressão de proteína fluorescente verde (GFP) em células transduzidas. As vantagens deste método melhorado são a preparação mais rápida e a diminuição do custo de produção em comparação com o método original desenvolvido por Bert Vogelstein. Os principais passos da tecnologia adenoviral são: (1) a recombinação do pAdTrack-GFP com o plasmídeo pAdEasy-1 na bactéria BJ5183; (2) a embalagem das partículas adenovirais; (3) a amplificação do adenovírus em células AD293; (4) a purificação das partículas adenovirais a partir do liseto celular e do meio da cultura; e (5) a titulação viral e testes funcionais do adenovírus. As melhorias no método original consistem em (i) a recombinação em BJ5183-contendo pAdEasy-1 por transformação química de bactérias; (ii) a seleção de clones recombinantes por PCR “negativo” e “positivo”; (iii) a transfecção de células AD293 utilizando o sistema de transfecção K2 para embalagem adenoviral; (iv) a precipitação com sulfato de amônio das partículas virais liberadas pelas células AD293 em meio de cultura celular; e (v) a purificação do vírus por ultracentrifugação de cloreto de césio de uma etapa. Uma forte expressão do gene de interesse (neste caso, GFP) foi obtida em diferentes tipos de células transduzidas (como hepatócitos, células endoteliais) de várias fontes (humana, bovina, murina). A transferência genética mediada por adenoviral representa uma das principais ferramentas para o desenvolvimento de terapias genéticas modernas.
Os adenovírus são vírus não desenvolvidos contendo um nucleocapsídeo e um genoma de DNA linear de dupla cadeia1,2,3. Os adenovírus podem infectar uma ampla gama de tipos de células e a infecção não depende da divisão ativa de células hospedeiras. Após a infecção, o adenovírus introduz seu DNA genômico no núcleo celular hospedeiro, onde permanece epicosomal e é transcrito junto com os genes do hospedeiro. Assim, é atingido um risco potencial mínimo para a mutagênese insercional ou regulação oncogênica4,5,6. O genoma adenoviral não é replicado junto com o genoma hospedeiro e, portanto, os genes adenovirais são diluídos em uma população celular divisória. Entre as vantagens da transdução adenoviral, há: (i) altos níveis de expressão transgênica; (ii) redução dos riscos relacionados à integração do DNA viral no genoma hospedeiro, devido à expressão epissomal; (iii) transdução de uma grande variedade de tipos celulares divisórias e não-divisórias. A maioria dos adenovírus utilizados em pesquisas biomédicas são não replicativos, sem a região E17,8,9. Para sua produção, é necessária uma linha celular que forneça a sequência E1 (como HEK293). Além disso, uma região não essencial para o ciclo de vida viral (E3) foi suprimida para permitir a inserção de um transgene no genoma viral; outras regiões (E2 e E4) foram ainda suprimidas em alguns adenovírus, mas nesses casos, foram relatados7.
Aqui, apresentamos um protocolo aprimorado para construir, empacotar e purificar os adenovírus usando o Sistema AdEasy. Essas melhorias permitiram a embalagem do adenovírus de forma mais rápida e econômica em comparação com o método original desenvolvido por Bert Vogelstein2,10, devido às seguintes vantagens: (i) a recombinação em BJ5183-contendo pAdEasy-1 pela transformação química de bactérias; (ii) a seleção dos clones recombinantes por PCR; (iii) a transfecção de células AD293 utilizando o sistema de transfecção K2 para embalagem adenoviral; (iv) a precipitação de partículas adenovirais do meio de cultura após embalagem e amplificação virais; v A purificação adenoviral utilizando ultracentrifugação de cloreto de césio de uma etapa (CsCl).
O protocolo para a produção de adenovírus utilizando o sistema AdEasy (Figura 1) compreende as seguintes etapas:
(1) Recombinação do pAdTrack-GFP com pAdEasy-1 em bactérias BJ5183
(2) Embalagem das partículas adenovirais
(3) Amplificação do adenovírus
(4) Purificação das partículas adenovirais do meio de lise celular e cultura
(5) Titulação do Adenovírus.
Figura 1: A tecnologia de produção de adenovírus. Os principais passos da tecnologia adenoviral são: (1) A recombinação do pAdTrack-GFP com o plasmídeo pAdEasy-1 na bactéria BJ5183. Os plasmídeos recombinados selecionados são amplificados em bactérias DH5α e, em seguida, purificados; (2) A embalagem das partículas adenovirais em células AD293, que produzem proteínas adeno-E1; (3) A amplificação do adenovírus em células AD293; (4) A purificação das partículas adenovirais do lisecelular e do meio de cultura por ultracentrifugação em um gradiente de densidade CsCl; (5) A titulação do adenovírus e dos testes funcionais. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Neste protocolo, exemplificamos a tecnologia para a produção do adenovírus, que pode induzir a expressão de GFP nas células hospedeiras. O GFP já está inserido na espinha dorsal do vetor de transporte pAdTrack-CMV (Addgene #16405), sob um segundo promotor cmv e é usado como um gene repórter(Figura 1). Por essa razão, aqui designamos o vetor pAdTrack-CMV como pAdTrack-GFP e avaliamos a expressão do GFP para fins demonstrativos. Além da expressão GFP, o sistema pode ser usado para superexpressar um gene de interesse, que pode ser clonado nos vários locais de clonagem do pAdTrack-CMV. Um gene ou um minigene clonado no pAdTrack-CMV geralmente é mais eficiente para indução de expressão em comparação com o cDNA11. Os dados mostraram uma forte expressão de GFP em células transduzidas (como hepatócitos, células endoteliais) de várias fontes (humana, bovina, murina). A transferência genética mediada por adenoviral representa uma das principais ferramentas para o desenvolvimento de terapias genéticas modernas.
Adenovírus recombinantes são uma ferramenta versátil para entrega e expressão genética12,13,14. Para induzir forte expressão proteica por transdução adenoviral, a sequência de codificação do gene de interesse é inserida no genoma do adenovírus. O sistema adenoviral AdEasy, desenvolvido no laboratório de Bert Vogelstein, compreende um plasmídeo de espinha dorsal (pAdEasy-1) contendo a maior parte do genoma do sorotipo 5 do adenovírus selvagem, e um vetor (pAdTrack), projetado para clonagem genética2,10. A exclusão dos genes adenovirais E1 (responsável pela montagem de partículas infecciosas do vírus) e E3 (proteínas de codificação envolvidas na evasão da imunidade hospedeira) criaram um espaço no genoma adenoviral, no qual um gene de interesse de 6,5-7,5 kb pode ser inserido2,3. Este tamanho é suficiente para muitos genes, especialmente para aqueles com introns mais curtos15,16,17. Há também pesquisadores relatando a produção de adenovírus portadores do CDNA de um transgene18,19,20. No entanto, obtivemos um menor rendimento de expressão transgênica para adenovírus portadores de cDNA do que para seus homólogos carregando um gene ou um mini-gene (dados não mostrados).
Melhorar e adaptar os métodos anteriores2,10,14,18,21, a tecnologia para a produção adenoviral requer um menor tempo, menor custo e menos esforço. O DNA adenoviral de comprimento completo é obtido por recombinação entre o vetor da nave auxiliar e o plasmídeo pAdEasy-1 na recombinação homóloga propensa a tensão E. coli, BJ5183. O protocolo implica a transformação química das células AdEasier-1 (bactérias BJ5183 contendo pAdEasy-1). Essa técnica não requer um eletroporador que pode não estar disponível em alguns laboratórios, é muito simples, aumenta o rendimento de recombinação, e reduz o tempo necessário para obter células competentes e realizar a transformação. A pré-seleção de clones recombinantes realizados pelo PCR diminui ainda mais o tempo e facilita todo o procedimento. Um procedimento semelhante foi usado por Zhao e colegas de trabalho22, no entanto, no protocolo, otimizamos as sequências dos primers.
Para a embalagem e amplificação do GFP-adenovírus, foi utilizada uma linha de células derivadas HEK293, ou seja, células AD293, que são mais aderentes à placa de cultura. Outras linhas celulares comumente utilizadas para produção adenoviral são as seguintes: 911, 293FT, pTG6559 (derivado A549), PER. C6 (derivado her), GH329 (derivado HeLa), N52. E6, e HeLa-E123,24,25,26. Em nossas mãos, não houve melhora na produção adenoviral quando foram utilizadas 911 células (dados não apresentados). A transfecção de células AD293 com o plasmídeo recombinante usando reagente K2 aumentou muito a eficiência da etapa de embalagem viral. Após a produção de adenovírus, até ~70% do adenovírus ainda está dentro das células e é liberado por três ciclos de congelamento e descongelamento. Aumentar o número de ciclos não é adequado porque destrói o adenovírus.
Ao longo do processo de produção adenoviral rotineiro, inúmeras partículas virais são liberadas no meio da cultura celular. Descartar esse meio de cultura celular durante a colheita das células AD293 infectadas resultaria em uma importante perda viral. Otimizamos o protocolo descrito por Schagen e colegas de trabalho para purificar as partículas adenovirais do meio de cultura celular por precipitação com sulfato de amônio27. Este método tem maior eficiência na recuperação do adenovírus do meio de cultura celular em comparação com o método que utiliza polietilenoglicol 28. O adenovírus precipitado deve ser purificado imediatamente por ultracentrifugação ou mantido na geladeira por alguns dias, mas somente após a diálise, para remover o excesso de sal. Manter o precipitado por mais de algumas horas sem diálise é prejudicial ao vírus.
A purificação das partículas adenovirais por ultracentrifugação realizada em uma etapa reduz a manipulação do estoque adenoviral e facilita o procedimento em comparação com os protocolos usando sucessivas etapas de ultracentrifugação14,29. A diálise do adenovírus purificado é necessária para remover cloreto de césio que pode afetar ainda mais a transdução. No protocolo, utilizamos tampão Tris contendo MgCl2, mas não sacarose para diálise, uma vez que requer uma enorme quantidade injustificada de sacarose que é necessária de outra forma como um conservante para congelamento. Assim, adicionamos sacarose mais tarde, diretamente nos estoques adenovirais preparados para o congelamento. Para evitar o congelamento frequente e o descongelamento do adenovírus purificado, é aconselhável aliquotar os estoques adenovirais e armazená-los a -80 °C. O título adenoviral foi avaliado pela citometria de fluxo considerando o gene repórter do GFP e a porcentagem de células transduzidas para uma diluição viral específica. Este método é mais rápido em comparação com o clássico “ensaio de placa” e é mais confiável em comparação com a avaliação das proteínas capsíides (por vários métodos como ELISA ou citometria de fluxo) que não revela a capacidade de infecção das partículas adenovirais. No entanto, a quantificação baseada em ELISA, Q-PCR ou ensaio de placa usando kits disponíveis comercialmente são métodos alternativos, especialmente úteis para a titulação de adenovírus que não contêm um rastreador fluorescente.
Considerando que os adenovírus pAdTrack são derivados do sorotipo 5 de adenovírus humanos que é reconhecido pelos Receptores de Coxsackievirus e Adenovirus (CAR), demonstramos a capacidade do GFP-adenovirus para transduzir células de origem humana (células endoteliais), mas também células de outras origens: bovinos (células endoteliais) e murina (células estrômicas mesenquimais e hepatócitos). Os dados mostraram que o GFP-adenovírus pode induzir um alto nível de expressão de um transgene.
Em conclusão, otimizamos essa tecnologia laboriosa para reduzir o tempo, os custos e o esforço necessário para obter as partículas adenovirais. O adenovírus preparado é capaz de infectar vários tipos de células e induzir a expressão do gene de interesse. Este protocolo pode ser usado em uma variedade de experimentos, uma vez que a transferência genética mediada por adenoviral representa uma das principais ferramentas para o desenvolvimento de terapias genéticas modernas.
ABREVIATURAS: AdV-GFP, partículas adenovirais; BAEC, células endoteliais aórticas bovinas; CsCL, cloreto de césio; GFP, proteína fluorescente verde; MSC, células estromais mesenquimais; TU, unidades transdutoras.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado por um Projeto co-financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional através do Programa Operacional de Competitividade 2014-2020 (POC-A.1-A.1.1.4-E-2015, ID: P_37_668; sigla DIABETER), uma bolsa do Ministério romeno de Pesquisa e Inovação PCCDI- UEFISCDI, Projeto número PN-III-P1-1.2-PCCDI-2017-0697 dentro do PNCD III e pela Academia Romena. Os autores agradecem a Kyriakos Kypreos (Universidade de Patras, Grécia) por seus conselhos generosos e relevantes, Ovidiu Croitoru (Universidade de Belas Artes, Bucareste, Romênia) por filmagens, edição de filmes e design gráfico, e Mihaela Bratu por assistência técnica.
AD293 cells | Agilent Technologies | 240085 | |
AdEasier-1 cells | Addgene | 16399 | |
Agarose I (for electrophoresis) | Thermo Scientific | 17850 | |
Ammonium sulfate | Sigma | A4418 | |
Ampicillin sodium salt | Sigma | A0166 | |
BamH I | Thermo Scientific | FD0054 | |
Cell culture plates 100 mm | Eppendorf | 30702115 | |
Cesium chloride | Sigma | L4036 | |
DH5alpha bacteria | Thermo Scientific | 18265017 | |
DMEM (GlutaMAX, 4.5g/L D-Glucose) | Gibco | 3240-027 | |
EA.hy926 cells | ATCC | CRL-2922 | |
EDTA | Sigma | E5134 | |
Ethanol (99.8%) | Roth | 5054.2 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma | F7524 | |
Flasks T25, T75, T175 | Eppendorf | 30712129 | |
Glucose | Sigma | G7021 | |
Hepa 1-6 murine hepatocytes | ATCC | CRL-1830 | |
Hind III | Thermo Scientific | FD0504 | |
Kanamycin Sulfate | Thermo Scientific | 15160054 | |
K2 Transfection System | Biontex | T060-5.0 | |
LB medium | Formedium | LBx0102 | |
LB-agar | Formedium | LBx0202 | |
Mix & Go E. coli Transformation kit | Zymo Research | T3001 | |
Midori Green Advanced DNA stain | Nippon Genetics Europe | MG-04 | |
NaOH | Sigma | S8045 | |
Opti-MEM | Thermo Scientific | 31985070 | |
Pac I | Thermo Scientific | FD2204 | |
pAdEasy-1 | Addgene | 16400 | |
pAdTrack-CMV | Addgene | 16405 | |
Phenol:chloroform:isoamyl alcohol (24:24:1) | Invitrogen | 15593-031 | |
Polymerase GoTaq | Promega | M3005 | |
Pme I (Mss I) | Thermo Scientific | FD1344 | |
Potassium acetate | VWR Chemicals | 43065P | |
Pst I | Thermo Scientific | FD0614 | |
Qiagen Midi Prep kit | Qiagen | 12125 | |
Cell Scraper | TPP | 99003 | |
SDS | Thermo Scientific | 28365 | |
Slide-A-Lyzer dialysis cassettes | Thermo Scientific | 66330 | |
Sodium pyruvate | SIGMA | P5280-100G | |
Syringe with 23G neeedle | B Braun | 464BR | |
Tris HCl | Sigma | 1185-53-1 | |
Trypan blue | Roth | CN76.1 | |
Tubes 50ml | TPP | 91050 | |
Ultra-Clear Tubes (14×89 mm) | Beckman Coulter | 344059 | |
Centrifuge (refrigerated) | Sigma Sartorius | 3-19KS | |
HeraeusFresco 17 Microcentrifuge | Thermo Scientific | 75002420 | |
Ultracentrifuge with SW41Ti rotor | Beckman Coulter | Optima L-80 XP | |
Culture Hood | Thermo Scientific | Class II | |
Pipettes (0-2µl, 1-10µl, 2-20µl, 10-100µl, 20-200µl, 100-1000µl) | Thermo Scientific | ||
Dry Block Heating Thermostat | Biosan | TDB-120 | |
Thermocycle | SensoQuest | 012-103 | |
Water Bath | Memmert | WNB 14 |