인간화 면역 결핍 마우스 모델에서 만성, 급성 및 재활성화 HIV 감염
Summary
여기에 기술된 것은 인간화된 마우스에 있는 HIV 감염의 역학을 공부하기 위한 3개의 실험적인 접근입니다. 첫 번째는 만성 감염 사건의 연구를 허용하는 반면, 두 후자는 1 차감염 또는 바이러스 재활성화 후 급성 사건의 연구를 허용합니다.
Abstract
인간화 된 NOD/SCID/IL-2 수용체 γ-chainnull 마우스는 전염병에 대한 기본 및 전임상 연구에서 악용될 수 있는 인간 면역의 일부 특징을 다시 한번 재현합니다. 여기에 설명된 HIV 감염의 역학을 연구하기 위한 인간화된 면역 결핍 마우스의 3가지 모델입니다. 첫 번째는 신생아 마우스에서 CD34+ 조혈 줄기 세포의 간간 주사에 기초, 이는 여러 혈액과 림프 조직 제한된 세포의 재구성을 허용, 참조 HIV 변형감염 뒤에. 이 모델은 감염 후 최대 36주 동안 모니터링할 수 있으므로 만성 모델이라고 합니다. 두 번째 및 세 번째 모델은 말초 혈액 단핵 세포가 성인 마우스에서 복강 내 주입되는 급성 및 재활성화 모델로 지칭됩니다. 급성 모델에서 건강한 기증자의 세포는 복강 내 경로를 통해 이식되고 참조 HIV 균주를 가진 감염이 뒤따릅니다. 마지막으로, 재활성화 모델에서, 항레트로바이러스 요법하에 HIV에 감염된 기증자의 세포는 복강 내 경로를 통해 이식된다. 이 경우 마우스의 약물없는 환경은 바이러스 재활성화 및 바이러스 부하의 증가를 허용합니다. 여기에 제공된 프로토콜은 HIV 감염의 인간화되고 면역 결핍 마우스 모델에 대한 기존의 실험 접근법을 설명합니다.
Introduction
인간화된 NOD/SCID/인터류키친(IL)-2 수용체 γ-chainnull(이하 huNS γ-chainnull로지칭) 마우스 모델은 감염, 자가면역 및 암의 발병기전을 연구하는 데 널리 사용되어 왔으며, 약물 및 인간 세포 기반 치료법의 전임상 연구를 위해1,2. 이들 마우스는 비비만 당뇨병(NOD) 배경을 기반으로 하며, IL-2 수용체 γ-사슬 궤적(IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 및 IL-21)에서 의한 좌약 돌연변이 및 표적 돌연변이(NK)의 발달에 심각한 손상을 유발한다. 따라서, 이들은 인간 조직, 인간 CD34+ 조혈 줄기 세포(HSC) 및 인간 말초 혈액 단핵 세포(PBMC)의 생착을 지지한다3,4,5. 또한, 줄기세포 인자(SCF), 과립구체/대식세포-콜로니-자극 인자(GM-CSF) 및 IL-3와 같은 인간 조혈계의 형질전환 발현은 인간 골수성 집단의 생착을 촉진한다6,7,8.
HIV 연구를 위해, 몇몇 huNS γ 사슬널 마우스 모형은 마우스 긴장, 사용된 인간 세포의 모형, 생착을 위한 조직의 모형 및 세포의 기원에 다른 기술되었습니다 (즉, 건강한 대. HIV에 감염된 기증자)9,10. 본래의 균주는, 그러나, 참조 HIV 균주11,12,13을가진 감염 다음 인간 세포 생착 및 바이러스 복제의 상부 때문에 널리 사용된다. 인간 조혈 인자의 형질전환 발현을 가진 유사한 면역 결핍 마우스 긴장 (예를 들어, NOG-EXL 또는 NSG-SGM3) 또는 인간 간 및 흉선 조직(골수 간-흉선[BLT] 마우스)의 임플란트와 함께 항 HIV 면역 반응에서 골수성 집단의 역할, 이들 조직에 대한 HIV의 영향, 및 바이러스 성 저수지로서의 그들의 참여에 유용하다14,15. 더욱이, BLT 마우스뿐만 아니라 인간 백혈구 항원(HLA) 분자의 형질전환 발현을 가진 일부 균주는 HIV 감염에 대한 T 세포 반응을 연구하기 위해 사용될 수 있다16,17.
일반적으로, 이들 마우스에서, 인간화는 세포 기원, 전달 경로(복강내, 간내, 정맥내, 심장내) 및 생착시의 마우스 나이에 따라 달라지며18,19,20. 세포 기원에 관하여, 제대혈, 태아 간, 또는 동원된 말초 혈액으로부터 유래된 인간CD34+ HSC는 신생아 또는 젊은 마우스3,21에주사될 수 있다. 또한, 성인 γ-사슬널 마우스는 PBMC(여기서 hu-PBL-NS γ-chainnull 마우스라고 함)의 주입에 의해 인간화될 수 있으며, 이들 세포의 혈액, 이차 림프기관 및 염증조직(22,23,24)의시간적 순환을 허용한다.
여기서 설명된 것은 HIV 감염의 연구를 위한 huNS γ-chain널 마우스 모델의 확립을 위한 상세한 프로토콜이다. 첫 번째는 만성 모델이며, 건강한 기증자로부터 코드 혈액에서 파생 된 인간 CD34+ HSC가 신생아 마우스에 주입되고, 인간 면역 체계 재구성 14 주 후에 참조 HIV 균주를 가진 감염이 뒤따릅니다. 이 모형은 감염 후에 최대 ~36 주 동안 마우스의 감시를 허용합니다. 두 번째 모델은 건강한 공여자로부터 유래된 PBMC가 성인 NS γ-chainnull 마우스에 주입되고, 마우스에서 인간 T 세포 확장 3주 후에 참조 HIV 균주를 가진 감염이 뒤따르는 급성 모델이다. 마지막으로, 제3 모델은 억제항레트로바이러스 요법(ART)에 따라 HIV 감염 공여자로부터 유래된 PBMC가 성인 NS γ-chainnull 마우스에 주입되는 재활성화 모델이다. 이 경우 약물이없는 환경은 바이러스 재활성화 및 바이러스 부하 증가를 허용합니다. 두 후자의 모델은 생착 후 ~ 9 주까지 모니터링 할 수 있습니다.
전반적으로, 이 3개의 모형은 바이러스학 연구, 새로운 약의 전임상 연구 및 글로벌 면역 반응에 HIV 감염 효력의 평가를 위해 유용합니다. 또한 HIV에 감염된 인간화 마우스의 사용은 어떤 실험든지 전에 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC)에 의하여 기관 생물 안전위원회 (IBC)에 의하여 검토 그리고 승인을 요구한다는 것을 고려하는 것이 중요합니다. 이것은 연구가 실험 동물의 위험한 생물학적 물질의 사용과 인도적 취급에 대한 모든 내부 및 외부 기관 규정을 준수할 수 있도록 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
인간화를 위한 면역결핍 마우스 균주의 발달에서 중요한 진전이 이루어졌으며, 연구 관심사1에따라 사용될 수 있는 다양한 옵션들이 있다. 여기에 제공된 NS γ-chainnull 마우스 및 유전적으로 유사한 균주의 인간화를 위한 일반적인 프로토콜은 HIV 감염을 연구하기 위한 3개의 상이한 모델에서 채택될 것이다. 제1 실험 접근법에서, 조사된 신생아 마우스는 인간CD34+ …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 JCZ에 IHV 임상 부문 내부 자금에 의해 지원되었다.
Materials
| 0. 5 ml Microcentrifuge tubes | Neptune | 3735.S.X | |
| 1. 5 ml Microcentrifuge tubes | Neptune | 3745.S.X | |
| 10 ml Serologial pipetes | stellar sceintific | VL-4090-0010 | |
| 15 ml conical tubes | Stellar scientific | T15-600 | |
| 25 ml Serologial pipetes | stellar sceintific | VL-4090-0025 | |
| 5 ml Serologial pipetes | stellar sceintific | VL-4090-0005 | |
| 50 ml conical tubes | Stellar scientific | T50-600 | |
| ACK lysis buffer | Quality biological | 118-156-101 | |
| Alcohol prep pads | Fisher scientific | 06-669-62 | Sterile |
| Anti-Human CD3 clone UCHT1 | Biolegend | 300439 | APC conjugated |
| Anti-Human CD4 clone OKT4 | Biolegend | 317420 | AF488 conjugated |
| Anti-Human CD45 clone 2D1 | Biolegend | 368522 | BV421 conjugated |
| Anti-Human CD8 clone SK1 | Biolegend | 344710 | PerCP-Cy5.5 conjugated |
| Biosafaty cabinet level 2 | If posible connected to an exauste chimeny when handling Isoflurane | ||
| Bonnet | Fisher scientific | 17-100-900 | Single use cap for basic protection |
| Cavicide | Metrex | 13-1000 | Surface desinfectant |
| CD34+ cells | Lonza | 2C-101 | As many vials available from a single donor |
| Centrifuge | Beckman | 65-6KR | |
| Clear jar | Amazon | 77977 | |
| Cotton gauze pad | Fisher scientific | 22-415-468 | Sterile |
| Disposable lab coats | Fisher scientific | 19-472-422 | |
| EDTA micro tubes | Greiner bio-one | 450480 | |
| Face Mask | Fisher scientific | 17-100-897 | |
| FACS lysing solution | BD | 340202 | |
| FBS premium HI | Atlanta biologicals | S1115OH | |
| Ficoll | GE health one | 17-1440-02 | |
| Flow cytometer | We used FACS Aria II | ||
| Flow cytometry tubes | Falcon | 352054 | 5 ml polystyrene and round bottom |
| HIV BaL | Prepared in our uQUANT core facility | ||
| Human PBMCs | HIV positive and negative volunteers | ||
| Infrared warming pad | Venet scientific | DCT-25 | Temporary therapeutic warming pad for small animals |
| Isentress (Raltegravir) | Merck | NSC 0006-0227061 | Antiretroviral medication to treat human immunodeficiency virus (HIV)-Integrase inhibitor |
| Isoflurane | Henry Schein | NDC 11695-6776-2 | |
| Mark I irradiator | Equipment belonging to university of Maryland | ||
| Micro pipettes | |||
| Microcentrifuge | Eppendorf | ||
| Mouse ear tags | National Band & Tag company | 1005-1L1 | |
| Natelson blood collection tubes | Fisher scientific | 02-668-10 | |
| NOG-EXL | Taconic | HSCFTL-13395-F | |
| NSG mice | Jackson | 5557 | Time pregnant females for CD34 engraftment and Juveniles for PBMCs engraftment |
| NSG-SGM3 | Jackson | 13062 | |
| Paraformaldehyde 16% | Electron microscopy sciences | 15710 | |
| PBS 1X pH 7.4 | Gibco | 100-10-023 | |
| Petri dishes | Fisher scientific | 08-757-28 | |
| Quantistudio qPCR machine | Thermo | QS3 | |
| Reagent reservoirs | Costar | 4870 | |
| RPMI media 1640 1X | Gibco | 11875-093 | |
| Shoe covers | Fisher scientific | 17-100-911 | |
| Sterile disposable Gloves | Microflex | SUF-524 | |
| SuperScript II First-Strand Synthesis SuperMix | Invitrogen | 10080-400 | cDNA synthesis |
| Syringes 28-G x 1/2 | BD | 329-461 | |
| Syringes 29-G x 1/2 | BD | 324-702 | |
| Truvada (Emtricitabine and Tenofovir | Gilead | NDC 61958-0701-1 | Antiretroviral medication to treat human immunodeficiency virus (HIV)-Nicleoside analog-transcriptase inhibitor |
| Trypan blue | Sigma | T8154 | Cell count and viability |
| Vick Vaporub | School health | 43214 | Ointment based on menthol and eucalyptus |
| Water molecular biology grade | Quality biological | 351-029-131 |
References
- Shultz, L. D., Ishikawa, F., Greiner, D. L. Humanized mice in translational biomedical research. Nature Reviews Immunology. 7, 118-130 (2007).
- Koboziev, I., et al. Use of humanized mice to study the pathogenesis of autoimmune and inflammatory diseases. Inflammatory Bowel Diseases. 21 (7), 1652-1673 (2015).
- Ito, M., et al. NOD/SCID/γcnull mouse: An excellent recipient mouse model for engraftment of human cells. Blood. 100 (9), 3175-3182 (2002).
- Ishikawa, F., et al. Development of functional human blood and immune systems in NOD/SCID/IL2 receptor {gamma} chain(null) mice. Blood. 106 (5), 1565-1573 (2005).
- Kim, K. C., et al. A Simple Mouse Model for the Study of Human Immunodeficiency Virus. AIDS research and human retroviruses. 32 (2), 194-202 (2016).
- Wunderlich, M., et al. AML xenograft efficiency is significantly improved in NOD/SCID-IL2RG mice constitutively expressing human SCF, GM-CSF and IL-3. Leukemia. 24 (10), 1785-1788 (2010).
- Billerbeck, E., et al. Development of human CD4+FoxP3+ regulatory T cells in human stem cell factor-, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor-, and interleukin-3-expressing NOD-SCID IL2Rγnull humanized mice. Blood. 117 (11), 3076-3086 (2011).
- Coughlan, A. M., et al. Myeloid Engraftment in Humanized Mice: Impact of Granulocyte-Colony Stimulating Factor Treatment and Transgenic Mouse Strain. Stem cells and development. 25 (7), 530-541 (2016).
- Kumar, P., et al. T Cell-Specific siRNA Delivery Suppresses HIV-1 Infection in Humanized Mice. Cell. 134 (4), 577-586 (2008).
- Victor Garcia, J. Humanized mice for HIV and AIDS research. Current Opinion in Virology. 19, 56-64 (2016).
- Araínga, M., Su, H., Poluektova, L. Y., Gorantla, S., Gendelman, H. E. HIV-1 cellular and tissue replication patterns in infected humanized mice. Scientific Reports. 6, 1-12 (2016).
- Satheesan, S., et al. HIV replication and latency in a humanized NSG mouse model during suppressive oral combinational ART. Journal of Virology. 92 (7), 2118 (2018).
- Medina-Moreno, S., et al. Targeting of CDK9 with indirubin 3’-monoxime safely and durably reduces HIV viremia in chronically infected humanized mice. PLoS ONE. 12 (8), 1-13 (2017).
- Honeycutt, J. B., et al. Macrophages sustain HIV replication in vivo independently of T cells. The Journal of Clinical Investigation. 126 (4), 1353-1366 (2016).
- Perdomo-Celis, F., Medina-Moreno, S., Davis, H., Bryant, J., Zapata, J. C. HIV Replication in Humanized IL-3/GM-CSF-Transgenic NOG Mice. Pathogens. 8 (33), 1-16 (2019).
- Akkina, R., et al. Improvements and Limitations of Humanized Mouse Models for HIV Research: NIH/NIAID “Meet the Experts” 2015 Workshop Summary. AIDS Research and Human Retroviruses. 32 (2), 109-119 (2015).
- Dudek, T. E., Allen, T. M. HIV-Specific CD8+ T-Cell Immunity in Humanized Bone Marrow-Liver-Thymus Mice. The Journal of Infectious Diseases. 208, 150-154 (2013).
- Skelton, J. K., Ortega-Prieto, A. M., Dorner, M. A Hitchhiker’s guide to humanized mice: new pathways to studying viral infections. Immunology. 154, 50-61 (2018).
- Pearson, T., Greiner, D. L., Shultz, L. D. Creation of “humanized” mice to study human immunity. Current Protocols in Immunology. , (2008).
- Hasgur, S., Aryee, K. E., Shultz, L. D., Greiner, D. L., Brehm, M. A. Generation of Immunodeficient Mice Bearing Human Immune Systems by the Engraftment of Hematopoietic Stem Cells. Methods in molecular biology. 1438, 67-78 (2016).
- Shultz, L. D., et al. Human lymphoid and myeloid cell development in NOD/LtSz-scid IL2R gamma null mice engrafted with mobilized human hemopoietic stem cells. Journal of Immunology. 174 (10), 6477-6489 (2005).
- King, M., et al. A new Hu-PBL model for the study of human islet alloreactivity based on NOD-scid mice bearing a targeted mutation in the IL-2 receptor gamma chain gene. Clinical Immunology. 126 (3), 303-314 (2008).
- King, M. A., et al. Human peripheral blood leucocyte non-obese diabetic-severe combined immunodeficiency interleukin-2 receptor gamma chain gene mouse model of xenogeneic graft-versus-host-like disease and the role of host major histocompatibility complex. Clinical and Experimental Immunology. 157 (1), 104-118 (2009).
- Covassin, L., et al. Human peripheral blood CD4 T cell-engrafted non-obese diabetic-scid IL2rgamma(null) H2-Ab1 (tm1Gru) Tg (human leucocyte antigen D-related 4) mice: a mouse model of human allogeneic graft-versus-host disease. Clinical and experimental immunology. 166 (2), 269-280 (2011).
- Heredia, A., et al. Targeting of mTOR catalytic site inhibits multiple steps of the HIV-1 lifecycle and suppresses HIV-1 viremia in humanized mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (30), 9412-9417 (2015).
- Nair, A., Jacob, S. A simple practice guide for dose conversion between animals and human. Journal of Basic and Clinical Pharmacy. 7 (2), 27-31 (2016).
- Miller, P. H., et al. Analysis of parameters that affect human hematopoietic cell outputs in mutant c-kit-immunodeficient mice. Experimental Hematology. 48, 41-49 (2017).
- Murphy, W. J., et al. Induction of T cell differentiation and lymphomagenesis in the thymus of mice with severe combined immune deficiency (SCID). Journal of Immunology. 153 (3), 1004-1014 (1994).
- Poluektova, L. Y., et al. Humanized Mice as Models for Human Disease. Humanized Mice for HIV Research. , 15-24 (2015).
- Nakata, H., et al. Potent anti-R5 human immunodeficiency virus type 1 effects of a CCR5 antagonist, AK602/ONO4128/GW873140, in a novel human peripheral blood mononuclear cell nonobese diabetic-SCID, interleukin-2 receptor gamma-chain-knocked-out AIDS mouse model. Journal of Virology. 79 (4), 2087-2096 (2005).
- Terahara, K., et al. Fluorescent Reporter Signals, EGFP, and DsRed, Encoded in HIV-1 Facilitate the Detection of Productively Infected Cells and Cell-Associated Viral Replication Levels. Frontiers in Microbiology. 2, 280 (2012).
- Nicolini, F. E., Cashman, J. D., Hogge, D. E., Humphries, R. K., Eaves, C. J. NOD/SCID mice engineered to express human IL-3, GM-CSF and Steel factor constitutively mobilize engrafted human progenitors and compromise human stem cell regeneration. Leukemia. 18 (2), 341-347 (2004).
- Cyster, J. G., et al. Follicular stromal cells and lymphocyte homing to follicles. Immunological Reviews. 176, 181-193 (2000).
- Seung, E., Tager, A. M. Humoral Immunity in Humanized Mice: A Work in Progress. Journal of Infectious Diseases. 208, 155-159 (2013).
- Wahl, A., Victor Garcia, J. The use of BLT humanized mice to investigate the immune reconstitution of the gastrointestinal tract. Journal of Immunological Methods. 410, 28-33 (2014).
- Suzuki, M., et al. Induction of human humoral immune responses in a novel HLA-DR-expressing transgenic NOD/Shi-scid/γc null mouse. International Immunology. 24 (4), 243-252 (2012).
- Ali, N., et al. Xenogeneic Graft-versus-Host-Disease in NOD-scid IL-2Rγnull Mice Display a T-Effector Memory Phenotype. PLoS ONE. 7 (8), 1-10 (2012).
- Brehm, M. A., Wiles, M. V., Greiner, D. L., Shultz, L. D. Generation of improved humanized mouse models for human infectious diseases. Journal of Immunological Methods. 410, 3-17 (2014).
- Hakre, S., Chavez, L., Shirakawa, K., Verdin, E. HIV latency: experimental systems and molecular models. FEMS Microbiology Reviews. 36 (3), 706-716 (2012).
- Wu, F., et al. TRIM5α Restriction Affects Clinical Outcome and Disease Progression in Simian Immunodeficiency Virus-Infected Rhesus Macaques. Journal of Virology. 89 (4), 2233 (2015).
