قياس ل<em> في المختبر</em> التكامل آخر من HIV-1 Preintegration مجمعات

Summary

This report describes an in vitro assay for measuring the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) preintegration complex (PIC)-associated integration activity in the cytoplasmic extracts of acutely infected cells. The integration of PIC-associated HIV-1 DNA into heterologous target DNA is quantified by using a nested real-time polymerase chain reaction strategy.

Abstract

البروتينات HIV-1 مغلف الانخراط مستقبلات المشابهة على سطح الخلية المستهدفة، الأمر الذي يؤدي إلى الخلية الفيروسية الانصهار غشاء يليها الافراج عن جوهر قفيصة الفيروسية (CA) في السيتوبلازم. وفي وقت لاحق، والناسخ العكسي الفيروسي (RT)، كجزء من تحمل الاسم نفسه البروتين النووي مجمع يسمى النسخ العكسي مجمع (RTC)، يحول الفيروسي RNA الجينوم واحد الذين تقطعت بهم السبل في نسخة الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل (vDNA). وهذا يؤدي إلى نشوء حيوي من مجمع البروتين النووي أخرى، ووصف المجمع قبل التكامل (PIC)، ويتألف من vDNA والبروتينات فيروس المرتبطة بها والعوامل المضيفة. وإنزيم مدمج الفيروسي المرتبطة الموافقة المسبقة عن علم (IN) ينسق دمج vDNA في الحمض النووي الصبغي المضيفة في عملية من خطوتين ينظم زمنيا ومكانيا. أولا، في عمليات ينتهي 3 'من vDNA في السيتوبلازم، وثانيا، بعد بالاتجار الموافقة المسبقة عن علم إلى النواة، فإنه يتوسط دمج vDNA معالجتها في الحمض النووي الصبغي. بلدان جزر المحيط الهادئ معزولةمن الخلايا المستهدفة المصابة تماما مع HIV-1 وظيفية في المختبر، كما أنها مؤهلة لدمج vDNA يرتبط إلى الحمض النووي الهدف مغاير وأضاف خارجيا. وقد ساهمت في فحوصات المختبر التكامل هذه على أساس الموافقة المسبقة عن علم كبير لترسيم تفاصيل الآلية التكامل للفيروسات، وإلى اكتشاف في مثبطات. في هذا التقرير، إلا أننا الإفاضة محدث HIV-1 فحص الموافقة المسبقة عن علم أن يوظف استراتيجية تستند في عملها متداخلة في الوقت الحقيقي البلمرة الكمية سلسلة من ردود الفعل (QPCR) لقياس النشاط في المختبر التكامل بين بلدان جزر المحيط الهادئ الأم معزولة.

Introduction

HIV-1 تكرارها في الخلية المستهدفة ينطوي على خطوات متعددة، مجمعة على نطاق واسع إلى مرحلتين: الأحداث المبكرة والمتأخرة. تبدأ الأحداث في وقت مبكر عندما يتحد HIV-1 بالتتابع لمستقبلات سطح الخلية المستهدفة CD4 واحد من اثنين شارك في مستقبلات (CCR5 أو CXCR4) ^1. وبالتالي، فإن الأغشية فتيل الفيروس الخلية، وقفيصة الفيروسية يتم تحريرها (CA) الأساسية في سيتوبلازم ^2. يحتوي لب CA الحمض النووي الريبي الفيروسي الجيني واحد الذين تقطعت بهم السبل (ssRNA) والعديد من البروتينات، سواء الفيروسية والخلوية في الأصل. وتشمل البروتينات الفيروسية المرتبطة CA الناسخ العكسي (RT) وإنزيم مدمج (IN)، اثنين من الانزيمات التي تتوسط خطوات حاسمة خلال الأحداث في وقت مبكر في تكاثر الفيروس. وRT وفي وظيفة في إطار مجمعات البروتين النووي، وهي عكس النسخ مجمع (RTC) ومجمع ما قبل الاندماج (PIC)، على التوالي ^{3، 4، 5} <سوب>، ^6. نهايات الفيروسي ssRNA الجينوم محطة ميناء تكرار (R) عناصر المتاخمة للتسلسل U5 فريد (في 5 'النهاية) و U3 (في 3' نهاية). وRTC يحول الجينوم الفيروسي ssRNA إلى المزدوج تقطعت بهم السبل (س) والحمض النووي نسخة (vDNA). النتائج هذه العملية النسخ العكسي أيضا في ازدواجية U5 وU3 متواليات، وبالتالي توليد يكرر محطة الطويلة (LTR) في كلا طرفي vDNA ^{7 و 8.} وفي وقت لاحق، وفي المصاحب الموافقة المسبقة عن علم يحفز اثنين من التفاعلات الكيميائية الحيوية متسلسلة التي تمكن من دمج vDNA في كروموسوم المضيف ^{9 و 10 و 11.} أولا، في السيتوبلازم، في multimers إشراك كلا لتر ¹² و يلتصق على ثنائي النوكليوتيد من كل من طرفي 3'-الطرفية. هذه المعالجة 3'نهاية يولد مجموعة الهيدروكسيل في كل نهاية 3'(CA _OH) من vDNA.بعد ذلك، الموافقة المسبقة عن علم بالاتجار إلى النواة، حيث يستخدم في vDNA CA _OH كما نيوكليوفيل لخفض كل من خيوط من الحمض النووي الصبغي بطريقة متداخلة. في وقت واحد، في التوصيلات coordinately طرفي vDNA لينتج عن ذلك من السندات phosphodiester على مسارات المقابل من الحمض النووي الصبغي. وبعد هذه الخطوة نقل حبلا، آلية الخلية المضيفة يزيل اثنين من النيوكليوتيدات المفردة في نهايات 5 'من vDNA وإصلاح الثغرات واحدة الذين تقطعت بهم السبل التي تلت ذلك عند تقاطع للموقع التكامل. وبالتالي بداية أحداث ذروتها مع إنشاء نسخة الحمض النووي المتكاملة (طليعة الفيروس) للجينوم HIV-1. تقدم طليعة الفيروس بيئة مناسبة للتعبير الجين الفيروسي كفاءة، الذي يبدأ أحداث لاحقة، بما في ذلك التعبير من البروتينات المشفرة فيروس. التجمع من الفيروس غير ناضجة. ومهدها، وإطلاق سراح، والنضج في virions المعدية ^(13).

المنقى المؤتلف في فيروسات هو المختص لتنفيذ، في المختبر، كلا تجهيز ونقل حبلا الأنشطة 3'نهاية يوم خارجيا تزويد LTR مثل الركيزة الحمض النووي. وقد كشفت الدراسات البيوكيميائية باستخدام هذا في المؤتلف النقي الجوانب الهامة من vDNA التكامل ^{14، 15، 16، 17.} ومع ذلك، خلافا لما حدث في العدوى الطبيعية، وهذا في المختبر رد فعل كيميائي حيوي لا يدعم التكامل متضافرة من طرفي DNA الركيزة في الحمض النووي الهدف. في المقابل، بلدان جزر المحيط الهادئ فيروسات المعزولة من الخلايا المصابة تماما تدمج بشكل منسق طرفي vDNA الذاتية إلى مغاير DNA الهدف. وأدى ذلك إلى اعتماد واسع النطاق والتحسينات اللاحقة من أنا ن المختبر التكامل (IVI) فحوصات باستخدام بلدان جزر المحيط الهادئ الأم معزولة.

في أول ذكرت فيروسات IVI فحص وعصائر هيولية من الخلايا المصابة مع الفئران المؤتلففيروس ابيضاض الدم (MLV) ايواء الجين كولاي supF في LTR لها بمثابة مصدر النشاط في، والحمض النووي لفج امدا متحولة تم تزويد خلل في النمو التحللي خارجيا كما الحمض النووي الهدف. التكامل الناجح لالمؤتلف MLV الحمض النووي نسخ في الحمض النووي فج وأدى التعبير التي تلت ذلك supF لاستعادة القدرة على تشكيل اللوحة التذكارية للفاجات المؤتلف. ومع ذلك، فإن هذه الاستراتيجية التجريبية هو التكامل شاقة والتدابير بطريقة غير مباشرة. لمعالجة مثل هذه المحاذير، وضعت على أساس صمة عار الجنوبي غير مباشر نهاية الوسم الفحص، التي تحدد حجم النشاط IVI المرتبطة الموافقة المسبقة عن علم كإجراء من vDNA الذاتية دمجها الخارجية الجراثيم خطي phiX174 الحمض النووي، ^{6، 7، 18.} رغم أن هذا الأسلوب يوفر مقياسا مباشرا لأحداث التكامل، هناك حاجة إلى كميات عالية نسبيا من إعداد الموافقة المسبقة عن علم، التي ما زالت تشكل تحديا تقنياتسعى. للتحايل على هذا، وقد وضعت المتداخلة المقايسات PCR القائم تتطلب كميات محدودة فقط من بلدان جزر المحيط الهادئ ^{4 و 5 و 19.}

في هذا التقرير، وصفنا نسخة محدثة من مقرها-PCR متداخلة في طريقة المختبر وضعت لتلخيص النشاط التكامل بوساطة PIC-HIV-1 التي تحدث أثناء العدوى الطبيعية. يستخدم هذا الأسلوب مقتطفات هيولية من الخلايا المستهدفة المصابة HIV-1 كمصدر من النشاط الذاتية الموافقة المسبقة عن علم، التي تقاس في الوقت الحقيقي البلمرة الكمية سلسلة من ردود الفعل (QPCR). يتم تكييفها إجراءات عزل بلدان جزر المحيط الهادئ وقياس الأنشطة إدماجهم، مع بعض التعديلات، من البروتوكولات نشرت من قبل المختبر Engelman ^20. في هذه الطريقة، يتم بدء النشاط التكامل المرتبط الموافقة المسبقة عن علم من خلال توفير هدفا الحمض النووي الخطية دخيلة ^21، والمنتجات الحمض النووي الناجم عنويتم تنقية هذا التفاعل التكامل وتستخدم كمادة أولية لالكمي PCR القائم لاحق. في الجولة الأولى PCR التقليدية، وتتضخم الوصلات الحمض النووي الفيروسي الهدف باستخدام بادئات المناسبة. في الدور الثاني QPCR، وتستخدم بادئات LTR محددة لإثراء تحديدا السكان vDNA من الجولة الاولى المنتجات PCR. الرجاء مراجعة القسم بروتوكول للحصول على وصف مفصل لهذا الأسلوب.

في الدراسات المختبرية مع بلدان جزر المحيط الهادئ فيروسات أدت إلى تقدم كبير في فهمنا لآلية التكامل الحمض النووي للفيروسات، وفي تطوير مثبطات IN. وبناء على زيادة التركيز مؤخرا على مواقع التكامل رسم الخرائط HIV-1، وتحديد دور العوامل الفيروسية والمضيف في HIV-1 التكامل، وتطوير الأدوية المضادة للفيروسات جديدة نحو مكافحة مقاومة الأدوية، نتصور اهتماما متزايدا في والاستخدام الواسع النطاق للIVI المقايسات ، مثل تلك المذكورة في هذا التقرير. وهذا، بدوره، يؤدي إلىالتحسينات المستقبلية في طريقة، وبالتالي تنويع نطاق تطبيقاتها.

Protocol

الإنتاج 1. الفيروسات ملاحظة: لتوليد التتر عالية من العدوى بفيروس نقص المناعة البشرية 1، transfect خط الخلية الجنينية البشرية الكلى (كلوة) 293T مع المعدية HIV-1 استنساخ الجزيئي باستخدام تنشيط القائمة على dendrimer ترنسفكأيشن الكاشف. وقد لوحظ أن ?…

Representative Results

عزل HIV-1 بلدان جزر المحيط الهادئ ويصور رسم تخطيطي للبروتوكول يستخدم لعزل HIV-1 بلدان جزر المحيط الهادئ من خلايا سوب-T1 المصابة تماما في الشكل 1. ويستمد هذا البروتوكول من الأسال…

Discussion

وقد وفرت التحليلات الكيميائية الحيوية من بلدان جزر المحيط الهادئ فيروسات الأفكار الهامة في آلية التكامل الحمض النووي للفيروسات. قياس النشاط التكامل بين بلدان جزر المحيط الهادئ فيروسات يمكن تحقيق ذلك عن طريق فحص اللوحة تشكيل، تحليل الجنوبي لطخة، ومتداخلة QPCR. الاستر…

Materials

Fetal bovine serum (FBS)	GIBCO/Invitrogen	10437-028
Heat-inactivated Fetal bovine serum (Hi-FBS)	GIBCO/Invitrogen	10438-026
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM)	GIBCO/Invitrogen	11995-065
Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 medium	GIBCO/Invitrogen	11875-093
Phosphate buffered saline (PBS) (1X)	GIBCO/Invitrogen	20012-027
Trypsin-EDTA (0.25%)	GIBCO/Invitrogen	25200-056
Penicillin-Streptomycin solution (100x)	Cellgro/Mediatech	30-002-CI
HEK293T cells (293T)	American Type Culture Collection (ATCC)	CRL-3216
HIV-1 proviral molecular clone pNL4-3	NIH AIDS Research and Reference Reagent Program	114
PolyFect transfection reagent	Qiagen	301107
DNase	Calbiochem/Merckmillipore	260913
Immulon 2HB 96-well plates	Thermo Scientific	3455
Triton X-100	Sigma-Aldrich	T9284
ELISA coating antibody: anti-CA-183-H12-5C monoclonal antibody	NIH AIDS Research and Reference Reagent Program	1513
ELISA wash solution (0.2% Tween-20 in PBS)	—	—
Donor bovine serum	Gibco/Invitrogen	16030074
Blocking Buffer (5% donor bovine serum in PBS) – Prepare fresh before use.	—	—
Sample diluent (SD) buffer (10% donor bovine serum and 0.5% Triton X-100 in PBS) – Sterilize using 0.22 micron pore-size syringe filter and store aliquots at 4°C.	—	—
Recombinant p24 protein (Full-length CA protein was expressed from pET21a-CA plasmid in E. coli BL21-DE3 and purified as described in Ref # —-)	Dr. Wesley Sundquist	—
HIV IgG	NIH AIDS Research and Reference Reagent Program	3957
Goat anti-human IgG (H+L) cross-adsorbed secondary antibody, HRP conjugate	Pierce/ThermoFisher	31412
TMB Microwell Peroxidase substrate system	KPL, Inc.	50-76-00
SupT1 cells	American Type Culture Collection (ATCC)	CRL-1942
HEPES pH 7.2-7.5 (ready-to-use solution)	GIBCO/Invitrogen	15630-080
Potassium chloride (KCl) solution	Sigma-Aldrich	60142
Magnesium chloride (MgCl2) solution	Sigma-Aldrich	M1028
Dithiothreitol (DTT)	Sigma-Aldrich	43815
Aprotinin	Sigma-Aldrich	A6106
Digitonin	Sigma-Aldrich	D141
RNase A	Invitrogen	12091-021
Sucrose	Sigma-Aldrich	S0389
phiX174 Replicative Form 1 DNA	Promega	D1531
PhiX174-F primer: 5’-CGCTTCCATGACGCAGAAGTT-3’ PhiX174-R primer: 5’-CACTGACCCTCAGCAATCTTA-3’	Invitrogen and/or IDT-DNA
dNTP mix	Promega	U1515
Go Taq DNA Polymerase	Promega	M3005
Qiaquick gel extraction kit	Qiagen	28706
Ultrapure distilled water	Invitrogen	10977-015
Tris-EDTA (TE) buffer (100X)	Sigma-Aldrich	T9285
Sodium dodecyl sulphate (SDS)	Sigma-Aldrich	L3771
Ethylenediamine tetraacetic acid, disodium salt (EDTA) solution, 0.5 M, pH 8.0	Sigma-Aldrich	E7889
Proteinase K (20 mg/ml ready-to-use solution)	Qiagen	19131
Phenol (equilibrated with 10 mM Tris HCl, pH 8.0 and 1 mM EDTA)	Sigma-Aldrich	P4557
Chloroform	Sigma-Aldrich	288306
Glycogen (5 mg/ml solution)	Ambion/Invitrogen	AM9510
Sodium acetate (3M, pH 5.2)	Sigma-Aldrich	57899
Ethanol	Sigma-Aldrich	E7023
First round LTR primer: 5’-GTGCGCGCTTCAGCAAG-3’) First round phiX174 primer: 5’-CACTGACCCTCAGCAATCTTA-3’	Invitrogen and/or IDT-DNA	—
Second round LTR-R primer: 5’-TCTGGCTAACTAGGGAACCCA-3’ Second round LTR-U primer: 5’-CTGACTAAAAGGGTCTGAGG-3’; Second round Taqman probe:  5’-56– FAM/TTAAGCCTCAATAAAGCTTGC CTTGAGTGC/36-TAMRA/-3’	Invitrogen and/or IDT-DNA	—
iQ Supermix	Bio-Rad	170-8862