Burada, pAdEasy sistemini kullanarak adenovirüs üretimi için bir protokol sunuyoruz. Teknoloji, pAdTrack ve pAdEasy-1 plazmidlerinin rekombinasyonunu, adenovirüs paketleme ve amplifikasyonunu, adenoviral parçacıkların hücre lysate ve kültür ortamından arındırılmasını, viral titrasyonunu ve adenovirüsün fonksiyonel testini içerir.
Adenoviral transdüksiyon, ilgi geninin çok çeşitli hücre tiplerine ve organlarına ekspresyonunun güçlü ve geçici bir indüksiyon avantajına sahiptir. Bununla birlikte, rekombinant adenoviral teknoloji zahmetli, zaman alıcı ve pahalıdır. Burada, transdüklenmiş hücrelerde güçlü bir yeşil floresan protein (GFP) ekspresyonunu indükleye edebilecek saflaştırılmış adenoviral parçacıklar elde etmek için pAdEasy sistemini kullanarak geliştirilmiş bir protokol sunuyoruz. Bu geliştirilmiş yöntemin avantajları, Bert Vogelstein tarafından geliştirilen orijinal yönteme kıyasla daha hızlı hazırlık ve üretim maliyetinin düşmesidir. Adenoviral teknolojinin ana adımları şunlardır: (1) pAdTrack-GFP’nin BJ5183 bakterilerinde pAdEasy-1 plazmid ile yeniden birleşmesi; (2) adenoviral parçacıkların ambalajı; (3) AD293 hücrelerinde adenovirüslerin amplifikasyonu; (4) adenoviral parçacıkların hücre lisatından ve kültür ortamından arındırılması; ve (5) adenovirüslerin viral titrasyonu ve fonksiyonel testi. Orijinal yöntemdeki iyileştirmeler (i) BJ5183 içeren pAdEasy-1’deki bakterilerin kimyasal dönüşümü ile yeniden birleştirilmesinden oluşur; (ii) rekombinant klonların “negatif” ve “pozitif” PCR ile seçilmesi; (iii) adenoviral paketleme için K2 transfeksiyon sistemini kullanan AD293 hücrelerinin transfeksiyonu; (iv) AD293 hücrelerinin hücre kültürü ortamında serbest bıraktıklarına ilişkin viral parçacıkların amonyum sülfat ile çökeltülerek; ve (v) virüsün tek adımlı sezyum klorür süreksiz gradyan ultrasantrifülasyonu ile saflaştırılması. Çeşitli kaynaklardan (insan, sığır, murine) farklı transdüklenmiş hücre türlerinde (hepatositler, endotel hücreleri gibi) ilgi geninin güçlü bir ifadesi elde edildi. Adenoviral aracılı gen transferi, modern gen tedavileri geliştirmek için ana araçlardan birini temsil eder.
Adenovirüsler çekirdek kapağı ve çift iplikli lineer DNA genom 1 ,2,3içeren gelişmemiş virüslerdir. Adenovirüsler çok çeşitli hücre tiplerini enfekte edebilir ve enfeksiyon aktif konak hücre bölünmesine bağlı değildir. Enfeksiyondan sonra, adenovirüs genomik DNA’sını konak hücre çekirdeğine tanıtır, burada epikromomal kalır ve konağın genleriyle birlikte yazıya dökülır. Böylece, eklemeli mutajensis veya onkogenler düzenlemesi için minimum potansiyel risk elde edilir4,5,6. Adenoviral genom konak genom ile birlikte çoğaltılmaz ve böylece adenoviral genler bölünen bir hücre popülasyonunda seyreltilir. Adenoviral transdüksiyonun avantajları arasında şunlar vardır: (i) yüksek düzeyde transgene ekspresyasyonu; (ii) epizomal ekspresyon nedeniyle viral DNA’nın konak genomuna entegrasyonu ile ilgili risklerin azaltılması; (iii) çok çeşitli bölme ve bölmeyen hücre tiplerinin transdüksiyon. Biyomedikal araştırmalarda kullanılan adenovirüslerin çoğu çoğaltıcı olmayandır, E1 bölgesi 7,8,9’danyoksundur. Üretimleri için E1 dizisini (HEK293 gibi) sağlayan bir hücre hattı gereklidir. Ayrıca, viral genoma bir transjen yerleştirilmesine izin vermek için viral yaşam döngüsü (E3) için gerekli olmayan bir bölge silindi; diğer bölgeler (E2 ve E4) bazı adenovirüslerde daha da silindi, ancak bu durumlarda, adenoviral üretim veriminde azalma ve transjenin düşük ekspresyonu bildirildi7.
Burada, AdEasy Sistemini kullanarak adenovirüslerin inşası, paketlenmesi ve saflaştırılması için geliştirilmiş bir protokol sunuyoruz. Bu iyileştirmeler, aşağıdaki avantajlar nedeniyle Bert Vogelstein2,10tarafından geliştirilen orijinal yönteme kıyasla adenovirüsün daha hızlı ve ekonomik bir şekilde paketlenmesine izin verdi: (i) BJ5183 içeren pAdEasy-1’deki bakterilerin kimyasal dönüşümü ile yeniden birleştirilmesi; (ii) rekombinant klonların PCR tarafından seçilmesi; (iii) adenoviral paketleme için K2 transfeksiyon sistemini kullanan AD293 hücrelerinin transfeksiyonu; (iv) viral paketleme ve amplifikasyondan sonra kültür ortamından adenoviral parçacıkların çökeltilmesi; (v) tek adımlı sezyum klorür (CsCl) gradyan ultrasantrifüjleme kullanılarak adenoviral saflaştırma.
AdEasy sistemini kullanarak adenovirüs üretimi için protokol (Şekil 1) aşağıdaki adımları içerir:
(1) BJ5183 bakterilerinde pAdTrack-GFP’nin pAdEasy-1 ile yeniden birleşmesi
(2) Adenoviral parçacıkların paketlenmesi
(3) Adenovirüs amplifikasyonu
(4) Adenoviral parçacıkların hücre lisatından ve kültür ortamından arındırılması
(5) Adenovirüs titrasyonu.
Şekil 1: Adenovirüs üretim teknolojisi. Adenoviral teknolojinin ana adımları şunlardır: (1) pAdTrack-GFP’nin BJ5183 bakterilerinde pAdEasy-1 plazmid ile yeniden birleşmesi. Seçilen rekombinlenmiş plazmidler DH5α bakterilerinde yükseltilir ve daha sonra saflaştırilir; (2) Adeno-E1 proteinleri üreten AD293 hücrelerindeki adenoviral parçacıkların paketlenmesi; (3) AD293 hücrelerinde adenovirüs amplifikasyonu; (4) Adenoviral parçacıkların hücre lisatından ve kültür ortamından bir CsCl yoğunluk gradyanı üzerinde ultra merkezirifülasyon ile saflaştırılması; (5) Adenovirüs titrasyonu ve fonksiyonel test. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu protokolde, konak hücrelerde GFP ekspresyonunun neden olabileceği adenovirüs üretimi için teknolojiyi örneklendirdik. GFP zaten pAdTrack-CMV mekik vektörün (Addgene #16405) omurgasına ikinci bir CMV promotörü altında yerleştirilmiştir ve muhabir geni olarak kullanılır (Şekil 1). Bu nedenle, burada pAdTrack-CMV vektörü pAdTrack-GFP olarak belirledik ve GFP’nin ifadesini gösteri amaçlı değerlendirdik. GFP ifadesinin yanı sıra, sistem pAdTrack-CMV’nin birden fazla klonlama bölgesinde klonlanabilecek bir ilgi genini aşırı ifade etmek için kullanılabilir. pAdTrack-CMV’de klonlanmış bir gen veya minigene, cDNA11ile karşılaştırıldığında ifade indüksiyonu için genellikle daha verimlidir. Veriler, çeşitli kaynaklardan (insan, sığır, murine) transdüklenmiş hücrelerde (hepatositler, endotel hücreleri gibi) güçlü bir GFP ekspresyonu gösterdi. Adenoviral aracılı gen transferi, modern gen tedavileri geliştirmek için ana araçlardan birini temsil eder.
Rekombinant adenovirüsler gen iletimi ve ekspresyonu için çok yönlü bir araçtır12,13,14. Adenoviral transdüksiyon ile güçlü protein ekspresyonunu teşvik etmek için, ilgi geninin kodlama dizisi adenovirüsün genomuna yerleştirilir. Bert Vogelstein laboratuvarında geliştirilen AdEasy adenoviral sistemi, vahşi tip adenovirüs serotip 5 genomunun çoğunu içeren bir omurga plazmid (pAdEasy-1) ve gen klonlama için tasarlanmış bir mekik vektörü (pAdTrack) içerir2,10. Adenoviral genlerin silinmesi E1 (enfeksiyöz virüs parçacıklarının bir montajından sorumludur) ve E3 (konak bağışıklığından kaçınmada rol oynayan proteinleri kodlama) adenoviral genomda, 6.5-7.5 kb’lık bir ilgi geninin yerleştirilebileceği bir alan yarattı2,3. Bu boyut birçok gen için yeterlidir, özellikle daha kısa intronları olanlar için15,16,17. Ayrıca bir transgene18 , 19,20cDNA taşıyan adenovirüslerin üretimini bildiren araştırmacılar da vardır. Bununla birlikte, cDNA taşıyan adenovirüsler için bir gen veya mini gen taşıyan benzerlerine göre daha düşük transgene ekspresyonu elde ettik (veriler gösterilmedi).
Önceki yöntemlerin iyileştirilmesi ve uyarlaması2,10,14,18,21, adenoviral üretim teknolojisi daha kısa bir süre, daha düşük maliyet ve daha az çaba gerektirir. Tam uzunlukta adenoviral DNA, mekik vektörü ile pAdEasy-1 plazmid arasında homolog rekombinasyon eğilimli E. coli suşu, BJ5183 arasında rekombinasyon ile elde edilir. Protokol, AdEasier-1 hücrelerinin kimyasal dönüşümünü ima eder (pAdEasy-1 içeren BJ5183 bakterileri). Bu teknik, bazı laboratuvarlarda bulunmayan, çok basit, rekombinasyon verimini artıran ve yetkin hücreler elde etmek ve dönüşümü gerçekleştirmek için gereken süreyi azaltan bir elektroporatör gerektirmez. PCR tarafından gerçekleştirilen rekombinant klonların ön seçimi süreyi daha da kısaltır ve tüm prosedürü kolaylaştırır. Benzer bir prosedür Zhao ve iş arkadaşları tarafından kullanıldı22, ancak protokolde astarların dizilerini optimize ettik.
GFP-adenovirüs paketleme ve amplifikasyon için, kültür plakasına daha uygun olan AD293 hücreleri olmak üzere bir HEK293 türev hücre hattı kullanılmıştır. Adenoviral üretim için yaygın olarak kullanılan diğer hücre hatları şunlardır: 911, 293FT, pTG6559 (A549 türevi), PER. C6 (HER türevi), GH329 (HeLa türevi), N52. E6 ve HeLa-E123,24,25,26. Elimizde 911 hücre kullanıldığında adenoviral üretimde iyileşme sağlanamadı (veriler gösterilmedi). AD293 hücrelerinin K2 reaktifi kullanılarak rekombinant plazmid ile transfeksiyon, viral paketleme adımının verimliliğini oldukça artırdı. Adenovirüs üretiminden sonra, adenovirüslerin ~% 70’i hala hücrelerin içindedir ve üç donma ve çözülme döngüsü ile serbest bırakılır. Döngü sayısını artırmak uygun değildir, çünkü adenovirüsü yok eder.
Rutin adenoviral üretim süreci boyunca, hücre kültürü ortamında çok sayıda viral parçacık salınır. Enfekte AD293 hücrelerinin toplanması sırasında bu hücre kültürü ortamının atılması önemli bir viral kayba neden olacaktır. Schagen ve iş arkadaşları tarafından açıklanan protokolü, amonyum sülfat27ile çökerek adenoviral parçacıkları hücre kültürü ortamından arındırmak için optimize ettik. Bu yöntem, polietilen glikol28kullanan yöntemle karşılaştırıldığında hücre kültürü ortamından adenovirüs geri kazanımında daha yüksek bir verimliliğe sahiptir. Çökülen adenovirüs, tuz fazlalığını gidermek için ultrasantrifüjleme ile hemen arındırılmalı veya buzdolabında birkaç gün ancak diyalizden sonra tutulmalıdır. Çökeltmeyi diyaliz olmadan birkaç saatten fazla tutmak virüs için zararlıdır.
Adenoviral parçacıkların tek adımda gerçekleştirilen ultrasantrifüjleme ile saflaştırılması, adenoviral stoğun manipülasyonunu azaltır ve ardışık ultrasantrifüjasyon adımları14,29kullanan protokollere kıyasla prosedürü kolaylaştırır. Saflaştırılmış adenovirüs diyalizi, transdüksiyonu daha da etkileyebilecek sezyum klorürü çıkarmak için gereklidir. Protokolde, MgCl2 içeren ancak diyaliz için sakkaroz içermeyen Tris tamponu kullandık, çünkü donma için koruyucu olarak ihtiyaç duyulan büyük, haksız miktarda sakkaroz gerektiriyor. Böylece, daha sonra, doğrudan donma için hazırlanan adenoviral stoklara sakkaroz ekledik. Saflaştırılmış adenovirüslerin sık sık donmasını ve çözülmesini önlemek için, adenoviral stokların aliquot ve -80 ° C’de saklanması önerilir. Adenoviral titer, GFP muhabir geni ve transdüklenmiş hücrelerin belirli bir viral seyreltme yüzdesi göz önüne alınarak akış sitometrisi ile değerlendirildi. Bu yöntem klasik “plak tahlili” ile karşılaştırıldığında daha hızlıdır ve adenoviral parçacıkların enfeksiyon kapasitesini ortaya çıkaramayan kapsid proteinlerinin (ELISA veya akış sitometrisi gibi çeşitli yöntemlerle) değerlendirilmesi ile karşılaştırıldığında daha güvenilirdir. Bununla birlikte, ELISA tabanlı niceleme, Q-PCR veya plak tahlilleri, özellikle floresan izleyici içermeyen adenovirüslerin titrasyonu için yararlı olan alternatif yöntemlerdir.
pAdTrack adenovirüslerinin Coxsackievirus ve Adenovirus Reseptörleri (CAR) tarafından tanınan insan adenovirüsleri serotip 5’ten türetildiği göz önüne alındığında, GF’nin kapasitesini gösterdik.P-adenovirüs insan kökenli hücreleri (endotel hücreleri) transdüse etmek için, aynı zamanda diğer kökenlerden hücreler: sığır (endotel hücreleri) ve murine (mezenkimal stromal hücreler ve hepatositler). Veriler, GFP-adenovirüsün bir transjenin yüksek düzeyde ifadeye neden olabileceğini gösterdi.
Sonuç olarak, bu zahmetli teknolojiyi, adenoviral parçacıkları elde etmek için gereken zamanı, maliyetleri ve çabayı azaltmak için optimize ettik. Hazırlanan adenovirüs çeşitli hücre tiplerini enfekte edebilir ve ilgi geninin ekspresyonunun teşvikini teşvik edebilir. Bu protokol çeşitli deneylerde kullanılabilir, çünkü adenoviral aracılı gen transferi modern gen tedavileri geliştirmek için ana araçlardan birini temsil eder.
KıSALTMALAR: AdV-GFP, adenoviral parçacıklar; BAEC, sığır aort endotel hücreleri; CsCl, sezyum klorür; GFP, yeşil floresan protein; MSC, mezenkimal stromal hücreler; TU, dönüştürücü üniteler.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, 2014-2020 Rekabetçilik Operasyonel Programı (POC-A.1-A.1.1.4-E-2015, Kimlik: P_37_668; diabeter kısaltması), Romanya Araştırma ve İnovasyon Bakanlığı’nın bir hibesi PCCDI- UEFISCDI, PN-III-P1-1.2-PCCDI-2017-0697 PNCD III içinde ve Romanya Akademisi tarafından. Yazarlar, cömert ve ilgili tavsiyeleri için Kyriakos Kypreos’a (Yunanistan Patras Üniversitesi), film çekimi, film kurgusu ve grafik tasarım için Ovidiu Croitoru’ya (Güzel Sanatlar Üniversitesi, Bükreş, Romanya) ve teknik yardım için Mihaela Bratu’ya teşekkür ediyorlar.
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 |