Aquí, presentamos un protocolo para la producción de adenovirus utilizando el sistema pAdEasy. La tecnología incluye la recombinación de los plásmidos pAdTrack y pAdEasy-1, el empaquetado y la amplificación del adenovirus, la purificación de las partículas adenovirales del lisato celular y el medio de cultivo, la titulación viral y las pruebas funcionales del adenovirus.
La transducción adenoviral tiene la ventaja de una inducción fuerte y transitoria de la expresión del gen de interés en una amplia variedad de tipos y órganos celulares. Sin embargo, la tecnología adenoviral recombinante es laboriosa, lenta y costosa. Aquí, presentamos un protocolo mejorado utilizando el sistema pAdEasy para obtener partículas adenovirales purificadas que pueden inducir una fuerte expresión de proteína verde fluorescente (GFP) en células transducidas. Las ventajas de este método mejorado son una preparación más rápida y una disminución del costo de producción en comparación con el método original desarrollado por Bert Vogelstein. Los pasos principales de la tecnología adenoviral son: (1) la recombinación de pAdTrack-GFP con el plásmido pAdEasy-1 en bacterias BJ5183; (2) el empaquetado de las partículas adenoviral; (3) la amplificación del adenovirus en las células AD293; (4) la purificación de las partículas adenovirales del lysate de la célula y del medio de cultivo; y (5) la titulación viral y la prueba funcional del adenovirus. Las mejoras al método original consisten en (i) la recombinación en BJ5183-que contiene pAdEasy-1 por la transformación química de bacterias; (ii) la selección de clones recombinantes por PCR “negativa” y “positiva”; iii) la transfección de células AD293 utilizando el sistema de transfección K2 para el envasado adenoviral; iv) la precipitación con sulfato de amonio de las partículas virales liberadas por las células AD293 en el medio de cultivo celular; y (v) la purificación del virus por ultracentrifugación discontinua de gradiente de cloruro de cesio de un solo paso. Se obtuvo una fuerte expresión del gen de interés (en este caso, GFP) en diferentes tipos de células transducidas (como hepatocitos, células endoteliales) de diversas fuentes (humanas, bovinas, murinas). La transferencia génica mediada por adenovirales representa una de las principales herramientas para el desarrollo de terapias génicas modernas.
Los adenovirus son virus no envulados que contienen una nucleocáppsida y un genoma de ADN lineal de doble cadena1,2,3. Los adenovirus pueden infectar una amplia gama de tipos de células y la infección no depende de la división celular activa del huésped. Después de la infección, el adenovirus introduce su ADN genómico en el núcleo de la célula huésped, donde permanece epicromoso y se transcribe junto con los genes del huésped. Así, se alcanza un riesgo potencial mínimo de mutagénesis de inserción o regulación de oncogenes4,5,6. El genoma adenoviral no se replica junto con el genoma del huésped y, por lo tanto, los genes adenovirales se diluyen en una población de células en división. Entre las ventajas de la transducción adenoviral, hay: (i) altos niveles de expresión de transgenes; (ii) reducción de riesgos relacionados con la integración del ADN viral en el genoma del huésped, debido a la expresión episomal; iii) transducción de una amplia variedad de tipos de células en división y no en división. La mayoría de los adenovirus utilizados en la investigación biomédica no son replicativos, careciendo de la región E17,8,9. Para su producción, se requiere una línea celular que suministre la secuencia E1 (como HEK293). Además, se eliminó una región no esencial para el ciclo de vida viral (E3) para permitir la inserción de un transgén en el genoma viral; otras regiones (E2 y E4) fueron suprimidas más a fondo en algunos adenovirus, pero en estos casos, una producción disminuida de adenoviral y la expresión baja del transgene fueron divulgadas7.
Aquí, presentamos un protocolo mejorado para construir, empaquetar y purificar los adenovirus utilizando el sistema AdEasy. Estas mejoras permitieron el empaquetamiento del adenovirus de una manera más rápida y económica en comparación con el método original desarrollado por Bert Vogelstein2,10,debido a las siguientes ventajas: (i) la recombinación en BJ5183-que contiene pAdEasy-1 por transformación química de bacterias; ii) la selección de los clones recombinantes por PCR; iii) la transfección de células AD293 utilizando el sistema de transfección K2 para el envasado adenoviral; (iv) la precipitación de partículas adenovirales del medio de cultivo después del empaquetado y de la amplificación virales; (v) la purificación adenoviral usando la ultracentrifugación del gradiente del cloruro de cesio de un paso (CsCl).
El protocolo para la producción de adenovirus utilizando el sistema AdEasy (Figura 1) comprende los siguientes pasos:
(1) Recombinación de pAdTrack-GFP con pAdEasy-1 en bacterias BJ5183
(2) Empaquetado de las partículas adenovirales
(3) Amplificación del adenovirus
(4) Purificación de las partículas adenovirales del lisato celular y del medio de cultivo
(5) Titulación de adenovirus.
Figura 1: La tecnología de producción de adenovirus. Los principales pasos de la tecnología adenoviral son: (1) La recombinación del pAdTrack-GFP con el plásmido pAdEasy-1 en bacterias BJ5183. Los plásmidos recombinados seleccionados se amplifican en bacterias DH5α y luego se purifican; (2) El empaquetado de las partículas adenovirales en las células AD293, que están produciendo las proteínas adeno-E1; (3) La amplificación del adenovirus en las células AD293; (4) La purificación de las partículas adenovirales del lisiado celular y del medio de cultivo por ultracentrifugación en un gradiente de densidad CsCl; (5) La titulación del adenovirus y la prueba funcional. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.
En este protocolo, ejemplificamos la tecnología para la producción del adenovirus, que puede inducir la expresión de GFP en las células huésped. GFP ya está insertado en la columna vertebral del vector lanzadera pAdTrack-CMV (Addgene #16405), bajo un segundo promotor CMV y se utiliza como gen reportero (Figura 1). Por esta razón, aquí designamos el vector pAdTrack-CMV como pAdTrack-GFP y evaluamos la expresión de GFP con fines demostrativos. Además de la expresión de GFP, el sistema se puede utilizar para sobreexpresar un gen de interés, que puede ser clonado en los múltiples sitios de clonación del pAdTrack-CMV. Un gen o un minigén clonado en el pAdTrack-CMV suele ser más eficiente para la inducción de la expresión en comparación con el ADNc11. Los datos mostraron una fuerte expresión de GFP en células transducidas (como hepatocitos, células endoteliales) de diversas fuentes (humanas, bovinas, murinas). La transferencia génica mediada por adenovirales representa una de las principales herramientas para el desarrollo de terapias génicas modernas.
Los adenovirus recombinantes son una herramienta versátil para la administración y expresióngénica 12,13,14. Para inducir una fuerte expresión de proteínas por transducción adenoviral, la secuencia de codificación del gen de interés se inserta en el genoma del adenovirus. El sistema adenoviral AdEasy, desarrollado en el laboratorio de Bert Vogelstein, comprende un plásmido troncal (pAdEasy-1) que contiene la mayor parte del genoma del serotipo 5 de adenovirus de tipo salvaje, y un vector lanzadera (pAdTrack), diseñado para la clonación degenes 2,10. La deleción de los genes adenovirales E1 (responsables del ensamblaje de partículas de virus infecciosos) y E3 (que codifican proteínas implicadas en la evasión de la inmunidad del huésped)creóun espacio en el genoma adenoviral, en el que se puede insertar un gen de interés de 6,5-7,5 kb2,3. Este tamaño es suficiente para muchos genes, especialmente para aquellos con intrones más cortos15,16,17. También hay investigadores que informan de la producción de adenovirus portadores del ADNc de untransgén 18,19,20. Sin embargo, obtuvimos un rendimiento más bajo de la expresión del transgén para los adenovirus cDNA-que llevan que para sus contrapartes que llevan un gene o un mini-gene (datos no mostrados).
Mejorar y adaptar los métodos anteriores2,10,14,18,21,la tecnología para la producción adenoviral requiere un menor tiempo, menor costo y menos esfuerzo. El ADN adenoviral de longitud completa se obtiene por recombinación entre el vector lanzadera y el plásmido pAdEasy-1 en la cepa de E. coli propensa a la recombinación homóloga, BJ5183. El protocolo implica la transformación química de las células AdEasier-1 (bacterias BJ5183 que contienen pAdEasy-1). Esta técnica no requiere un electroporador que puede no estar disponible en algunos laboratorios, es muy sencilla, aumenta el rendimiento de recombinación, y reduce el tiempo necesario para obtener células competentes y realizar la transformación. La preselección de clones recombinantes realizada por PCR acorta aún más el tiempo y facilita todo el procedimiento. Un procedimiento similar fue utilizado por Zhao y sus compañeros de trabajo22,sin embargo, en el protocolo, optimizamos las secuencias de los cebadores.
Para el empaquetado y la amplificación del GFP-adenovirus, una línea celular derivada HEK293 fue utilizada, a saber las células AD293, que son más adherentes a la placa de cultivo. Otras líneas celulares comúnmente utilizadas para la producción adenoviral son las siguientes: 911, 293FT, pTG6559 (derivado de A549), PER. C6 (derivado de HER), GH329 (derivado de HeLa), N52. E6, y HeLa-E123,24,25,26. En nuestras manos, no se obtuvo ninguna mejora en la producción adenoviral cuando se utilizaron 911 células (datos no mostrados). La transfección de células AD293 con el plásmido recombinante utilizando el reactivo K2 aumentó en gran medida la eficiencia de la etapa de envasado viral. Después de la producción de adenovirus, hasta ~ 70% del adenovirus todavía está dentro de las células y es liberado por tres ciclos de congelación y descongelación. Aumentar el número de ciclos no es adecuado porque destruye el adenovirus.
A lo largo del proceso de producción adenoviral de rutina, numerosas partículas virales se liberan en el medio de cultivo celular. El descarte de este medio de cultivo celular durante la cosecha de las células infectadas ad293 daría lugar a una pérdida viral importante. Optimizamos el protocolo descrito por Schagen y colaboradores para purificar las partículas adenovirales del medio de cultivo celular por precipitación con sulfato de amonio27. Este método tiene una mayor eficiencia en la recuperación de adenovirus del medio de cultivo celular en comparación con el método que utiliza polietilenglicol28. El adenovirus precipitado debe purificarse inmediatamente por ultracentrifugación o mantenerse en el refrigerador durante un par de días, pero solo después de la diálisis, para eliminar el exceso de sal. Mantener el precipitado más de unas pocas horas sin diálisis es perjudicial para el virus.
La purificación de las partículas adenovirales por ultracentrifugación realizada en un solo paso reduce la manipulación del stock adenoviral y facilita el procedimiento en comparación con los protocolos utilizando pasos sucesivos de ultracentrifugación14,29. La diálisis del adenovirus purificado es necesaria para eliminar el cloruro de cesio que puede afectar aún más a la transducción. En el protocolo, utilizamos el almacenador intermediario de Tris que contenía MgCl2 pero no sacarosa para la diálisis, puesto que requiere una cantidad enorme, injustificada de sacarosa que se necesite de otra manera como conservante para la congelación. Así, añadimos sacarosa más adelante, directamente en las acciones adenoviral preparadas para la congelación. Para evitar la congelación y descongelación frecuentes del adenovirus purificado, es aconsejable alícuota de las existencias adenovirales y almacenarlas a -80 °C. El título adenoviral fue evaluado por cytometry de flujo considerando el gene del reportero de GFP y el porcentaje de células transducidas para una dilución viral específica. Este método es más rápido en comparación con el clásico “ensayo de placa” y es más confiable en comparación con la evaluación de las proteínas de la cápside (por varios métodos como ELISA o citometría de flujo) que no revela la capacidad de infección de las partículas adenovirales. Sin embargo, la cuantificación basada en ELISA, Q-PCR o el ensayo de placa utilizando kits disponibles en el mercado son métodos alternativos, especialmente útiles para la titulación de adenovirus que no contienen un trazador fluorescente.
Teniendo en cuenta que los adenovirus pAdTrack se derivan del serotipo 5 de adenovirus humanos que es reconocido por Coxsackievirus y adenovirus receptores (CAR), hemos demostrado la capacidad del GFP-adenovirus para transducir células de origen humano (células endoteliales), pero también células de otros orígenes: bovinos (células endoteliales) y murinas (células del estroma mesenquimal y hepatocitos). Los datos mostraron que el GFP-adenovirus puede inducir un alto nivel de expresión de un transgén.
En conclusión, optimizamos esta laboriosa tecnología para reducir el tiempo, los costos y el esfuerzo necesario para obtener las partículas adenovirales. El adenovirus preparado es capaz de infectar varios tipos de células e inducir la expresión del gen de interés. Este protocolo se puede utilizar en una variedad de experimentos puesto que la transferencia adenoviral-mediada del gen representa una de las herramientas principales para desarrollar terapias génicas modernas.
ABREVIATURAS: AdV-GFP, partículas adenovirales; BAEC, células endoteliales aórticas bovinas; CsCl, cloruro de cesio; GFP, proteína verde fluorescente; MSC: células del estroma mesenquimal; TU, unidades transductoras.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por un proyecto cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional a través del Programa Operativo de Competitividad 2014-2020 (POC-A.1-A.1.1.4-E-2015, ID: P_37_668; acrónimo DIABETER), una subvención del Ministerio rumano de Investigación e Innovación PCCDI- UEFISCDI, número de proyecto PN-III-P1-1.2-PCCDI-2017-0697 dentro de PNCD III y por la Academia Rumana. Los autores agradecen a Kyriakos Kypreos (Universidad de Patras, Grecia) por sus generosos y pertinentes consejos, a Ovidiu Croitoru (Universidad de Bellas Artes, Bucarest, Rumania) por el rodaje, la edición de películas y el diseño gráfico, y a Mihaela Bratu por la asistencia 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 |