Salvataggio di virus ricombinante malattia di Newcastle da cDNA

Summary

Virus della malattia di Newcastle (NDV) è stata ampiamente studiata negli ultimi anni per sviluppare nuovi vettori per la vaccinazione e terapia, tra gli altri. Questi studi sono stati possibili a causa di tecniche di salvataggio virus ricombinante da cDNA, come quelle descritte.

Abstract

Virus della malattia di Newcastle (NDV), il membro prototipo del genere Avulavirus della famiglia Paramyxoviridae ^1, è un non-segmentato, negativo-senso, a singolo filamento, avvolta virus RNA (Figura 1), con potenziali applicazioni come vettore per la vaccinazione e trattamento di malattie umane. L'esplorazione in profondità di queste applicazioni è diventato possibile solo dopo l'istituzione della genetica inversa tecniche per salvare i virus ricombinanti da plasmidi che codificano i loro genomi completi come cDNA ^2-5. CDNA virale può essere convenientemente modificati in vitro utilizzando procedure di clonazione standard per alterare il genotipo del virus e / o di inserire nuove unità trascrizionali. Salvataggio di tali virus geneticamente modificati, fornisce un prezioso strumento per comprendere i fattori che incidono più fasi dell'infezione, così come consente lo sviluppo e il miglioramento di vettori per l'espressione e la consegna degli antigeniper la vaccinazione e la terapia. Qui si descrive un protocollo per il salvataggio di NDVs ricombinanti.

Introduction

Virus della malattia di Newcastle (NDV), un paramyxovirus aviario appartenente al genere Avulavirus ^1, è un agente di zoonosi economicamente rilevante e quindi ampiamente studiato e sorvegliato, che può influenzare fortemente l'allevamento di pollame in tutto il mondo. Pur non essendo un agente patogeno umano, NDV è stato anche studiato a fondo al di là del campo veterinario sia come modello paramyxovirus e grazie alle sue molto interessanti, proprietà naturali oncolitici ^6. Ricerca su NDV notevolmente beneficiato lo sviluppo di tecniche di genetica inversa per, non segmentati virus a singolo filamento di RNA negativo-senso, in primo luogo descritti per virus della rabbia da Conzelmann e coleagues ^2. Una varietà di NDVs geneticamente modificati, portatori di geni estranei o modifiche del loro tipo selvatico genoma sono stati ampiamente studiati da allora. Lavorare con questi virus ricombinanti è stato fondamentale per individuare i diversi fattori di virulenza non solo di NDV, ma anche di altri huma pertinenten agenti patogeni come virus dell'influenza A ⁷ – o l'emergente Nipah virus ^8. Inoltre, diversi studi hanno esplorato l'uso di queste tecniche per migliorare l'attività antitumorale innata NDV ^6,9,10, soprattutto migliorando le proprietà immunostimolanti del virus. Altro settore di ricerca sulla NDVs ricombinanti è stata la generazione di candidati vaccini contro altre malattie virali come l'influenza ^{5,11,12, 13} HIV, morbillo ^14, SARS ^15, o che ha causato dal virus sincytial respiratorio (RSV) ^16. Tra i vari notevoli vantaggi forniti dal NDV sono la mancanza di immunità preesistente nella popolazione umana, la stabilità degli inserti estere genetiche, una mancanza di attività recombinatory e nel complesso un elevato profilo di sicurezza combinato con le suddette proprietà immunostimolanti naturali ^17. E 'inoltre degno di nota il potenziale uso di vaccini bivalenti ricombinanti in poultry, l'influenza aviaria di protezione contro sia NDV e altamente patogeno virus ^11,12. Questo può essere un ottimo modo per diminuire le probabilità di quest'ultimo diffusione da selvatici animali domestici, quindi anche aiutando a prevenire un eventuale salto inter-specifica della temuta influenza aviaria agli esseri umani. Infine, sono stati utilizzati reporter esprimere NDV per la valutazione della risposta immunitaria innata come pure l'identificazione di interferone antagonista codificata dal virus multipli ^18-27.

Il processo di salvataggio di un ricombinante, non segmentato, virus RNA negativo filamento costituito essenzialmente da forzare artificialmente un ciclo di replicazione virale in una cellula che produce trasfettando cDNA codificanti il macchinario molecolare minimo infettiva, noto come ribonucleoproteina o RNP (Figura 2). Le RNP consistono polimerasi virale (P e proteine ​​L), la nucleoproteina (NP) e l'intera lunghezza antigenomic RNA del virus. Questo RNA + antigenome è ªe modello richiesto per la generazione dei genomi RNA complementari, che, associati anche con il resto delle proteine ​​della RNP virale, ricapitola stesso complesso infettiva che un virus naturale libererebbe il citoplasma della cellula dopo l'infezione (Figura 2A ). Da questo punto in poi, il ciclo virale può procedere in modo naturale e virioni ricombinanti, encapsidating i genomi modificati, verrà generato (Figura 2B). Sorprendentemente, trasfezione del cDNA genomico invece del cDNA antigenomic compromette notevolmente o abolisce efficienza salvataggio ^2,28-30 completamente. Anche quando cDNA antigenomic viene trasfettato, l'efficienza del incapsidamento del RNA ricombinante in RNPs in cellule trasfettate è probabilmente molto bassa. A causa di questo, protocolli di salvataggio per NDV spesso includono diversi passaggi per l'amplificazione delle particelle virali pochi rilasciate dalle cellule trasfettate originariamente da essi coculturing con cellule permissive e / o dalinfezione di uova embrionate.

Prima del salvataggio, il cDNA può essere manipolato da procedure di clonazione standard per generare le modifiche desiderate. Mentre mutazioni specifiche dei diversi prodotti genici e sequenze regolatrici del virus possono essere direttamente raggiunti in questo modo, molti dei lavori pubblicati coinvolge ricombinante NDV ha richiesto l'aggiunta di una nuova unità trascrizionale nel genoma NDV. Come altri membri della famiglia paramyxovirus, il genoma NDV codifica otto proteine ​​differenti in sei unità trascrizionali, che sono differenzialmente espressi in funzione della loro posizione rispetto alla estremità 3 'in un gradiente critico per il ciclo di vita virale ¹ discendente. A causa di questo, la posizione della nuova unità trascrizionale all'interno del genoma va scelto opportunamente per raggiungere un equilibrio tra l'espressione del transgene e compromissione della replicazione virale. Inserimento tra P e M geni è stato usato più, tHough altri siti sono stati anche testati ^13,31.

Qualunque sia l'inserto, la clonazione in NDV cDNA deve seguire alcune regole per generare un costrutto salvabile: (i) qualsiasi nuovo gene da inserire nel genoma NDV deve essere sotto il controllo dei segnali appropriati per il virale RNA-dipendente-RNA polimerasi. Queste sequenze devono essere aggiunti a monte della nuova fase di lettura aperta (ORF) per la polimerasi possono riconoscere la fine del gene precedente (GE) e l'inizio del nuovo transgene (GS), distanziati di un singolo nucleotide sequenza intergenica (IG) . Aggiunta di un valido Kozak (K) sequenza di migliorare traduzione eucariotico ribosomiale è consigliato anche per una migliore espressione proteina estranea ^32; (ii) replica efficiente di NDV, come per la maggior parte dei membri della famiglia Paramyxoviridae, dipende dalla lunghezza del genoma essere multiplo di sei ^33, pertanto, qualsiasi inserimento nella NDV deve seguire questa "regola del sei". Se necessario, required nucleotidi possono essere aggiunti a valle della nuova ORF, e (iii) la sequenza del transgene dovrebbe essere controllata per trovare possibili GE e GS come sequenze che potrebbero compromettere l'efficienza di salvataggio, l'espressione del transgene e / o vitalità del virus. Se presente, queste sequenze devono essere rimossi mediante mutagenesi silenzioso. La generazione di cDNA ricombinante piena lunghezza seguenti norme suddette è il primo passo per produrre efficientemente un NDV geneticamente modificato come qui descritto.

Nel sistema tutti i costrutti di DNA sono sotto il controllo del promotore T7 RNA polimerasi (Figura 3). Questa polimerasi citoplasmatica è fornito in trans da coinfezione con un modificato vaccinia virus ricombinante Ankara (MVA-T7) ^34. Figura 3A mostra il plasmide pNDV-B1, che codifica l'intera lunghezza cDNA antigenomic ^5. Figura 3B mostra plasmidi codificanti pTM1 NP, P e L ORF. Plasmidi pCITE-GFP, che codifica, under il promotore T7, la proteina fluorescente verde (GFP), e pCAGGS GFP ^18, che codifica lo stesso ORF sotto il promotore actina di pollo beta ^35, sono usati come controlli. In questo protocollo mostriamo la procedura per salvare ricombinante NDV dal cDNA del lentogeno NDV ceppo Hitchner B1 ⁵ (Figura 4).

Protocol

1. Preparazione di cellule di mammifero (Figura 4A, 1 ª giornata) Split HEp-2 o cellule A549 il giorno prima della trasfezione in piastre da 6 pozzetti. Densità delle cellule dovrebbe raggiungere il 80-90% di confluenza il giorno seguente. Di solito, un confluente 100 millimetri piatto può essere suddiviso in 8 pozzetti (circa 1 x 10 6 cellule per pozzetto). Per ogni virus di essere recuperata, 2-4 diversi pozzetti devono essere incluse, nonché 2 pozzetti supplementari per i con…

Representative Results

Salvataggio di NDV è una procedura consolidata, eseguita di routine nei laboratori che hanno accesso al cDNA completa del virus. Tuttavia, la natura intrinseca stocastico del metodo rende difficile raggiungere il 100% di efficienza salvataggio. Monitoraggio prime fasi del processo, specialmente l'efficienza di trasfezione e l'infezione con MVA-T7, aiuta a individuare eventuali problemi. Figura 5a mostra trasfezione standard ed efficienze di trasfezione / infezione che sono abbastanza per un suc…

Discussion

Diversi fattori devono essere considerati per ottenere buoni risultati, mentre il salvataggio NDV. In primo luogo, il costrutto intera lunghezza cDNA da utilizzare deve essere progettato per consentire l'integrazione funzionale dei nuovi transgeni / modifiche nel genoma NDV. Ciò significa, come detto sopra, che le sequenze (i) end appropriato gene (GE), intergenica (IG) e inizio gene (GS) devono essere aggiunti, se necessario, (ii) non vi sono sequenze putative GE o GS nel estera gene, e (iii) il genoma ricombinant…

Materials

DMEM	CORNING Cellgro	10-013-CV	Any supplier
OptiMEM	GIBCO	31985-070
Lipofectamine 2000 (LPF2000)	Invitrogen	11668-019
35% Bovine Albumin (BA)	Sigma	232-936-2	Any supplier
Trypsin-EDTA	CORNING Cellgro	25-052-CI	Any supplier
Penicillin/Streptomycin (PS) 100x	CORNING Cellgro	30-002-CI	Any supplier
Fetal Bovine Serum (FBS)	Hyclone	SH30070.03	Any supplier
			Cell lines A549 cells (catalogue number CRL-185), HEp-2 cells (catalogue number CRL-185), chicken embryo fibroblasts (catalogue number CRL-12203) and duck embryo fibroblasts (catalogue number CCL-141) are available from the American Type Culture Collection (ATCC, 10801 University Boulevard, Manassas, VA. 20110-2209 USA). All cell lines are maintained in a 37 °C incubator with 5% CO2 in DMEM 10% FBS, 1% PS. Embryonated chicken eggs Embryonated chicken eggs can be obtained from Charles River Laboratories, Specific Pathogen Fee Avian Supply (SPAFAS) Avian Products and Services (Franklin Commons, 106 Route 32, North Franklin, CT 06254, USA) and are maintained at 37 °C. Viability of the embryos is assessed with an egg candler. Eggs are infected when they reach 8-10 days old. Both infection and harvest of the allantoic fluid takes place under sterile conditions. All eggs are autoclaved and discarded following standard laboratory biosafety protocols. Turkey red blood cells (RBC) Turkey RBC can be purchased from Truslow Farms (201 Valley Road, Chestertown, Md 21620, USA)and stored at 4 °C. To prepare RBC for HA assay, wash 5 ml of the commercial stock with 45 ml of PBS 1x in a 50 ml conical tube. Centrifuge for 5 min at 1,000 rpm and carefully discard the supernatant. Dilute pelleted RBC 1:1,000 in PBS 1x for a final 0.5-1.0% concentration. Washed RBC can be stored at 4 °C for several days. Plasmids Plasmid preparations are obtained with any commercially available maxiprep kit following manufacturer's instructions, diluted in ddH20 to a final concentration of 1 μg/μl and stored at -20 °C. DNA concentration and purity are assessed by spectrophotometry at 260 and 280 nm. Preparations with a 260/280 ratio higher than 1.8 are considered of acceptable quality for the rescue. Plasmid DNA quality is also routinely double-checked by agarose gel chromatography. Viruses The described protocol for rescue of the lentogenic NDV strain Hitchner B1 can be performed under biosafety level (BSL) 2 conditions. The Modified Vaccinia Ankara expressing the T7 RNA polymerase (MVA-T7) was described34 and obtained from Dr. Bernard Moss. This virus is growth in confluent monolayers of chicken embryo fibroblasts and titrated in mammalian (A549 or HEp-2) cells. NDV stocks are grown in embryonated chicken eggs and titrated by IFA using polyclonal serum raised against purified virions. All contaminated material should be safely sterilized and disposed according to standard biosafety procedures. Tissue culture media and solutions: DMEM 10% FBS 1% PS: Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and Penicillin/Streptomycin (P/S): 445 ml of DMEM, 50 ml of heat-inactivated FBS, 5 ml of 100x commercial P/S solution. Store at 4 °C. 10x Phosphate buffered saline (PBS): 80 g of NaCl, 2 g of KCl, 11.5 g of Na2HPO4.7H2O, 2 g of KH2PO4. Add ddH2O up to 1 L. Adjust pH to 7.3. Sterilize by autoclave. Store at room temperature. 1x PBS: Dilute 10x PBS 1:10 with ddH2O. Sterilize by autoclave and store at room temperature. 100x Ca/Mg : 1.327 g CaCl2.2H2O, 2.133 g MgCl2•6H2O and add ddH2O up to 100 ml. Autoclave and store at room temperature. 1x PBS/BA/PS: 50 ml of 10x Phosphate buffered saline (PBS) in 437 ml ddH2O. Autoclave and when cooled down to room temperature, add 5 ml 100x Penicillin/Streptomycin 3 ml 35% Bovine and 5 ml of 100x Ca/Mg. Store at 4°C.