ヒト化免疫不全マウスモデルにおける慢性、急性、再活性化HIV感染
Summary
ここでは、ヒト化マウスにおけるHIV感染のダイナミクスを研究するための3つの実験的アプローチについて説明する。最初は慢性感染イベントの研究を許可し、後者の2つは一次感染またはウイルス再活性化後の急性イベントの研究を可能にする。
Abstract
ヒト化NOD/SCID/IL-2受容体γ鎖ヌルマウスは、感染症に関する基礎および前臨床研究で利用することができるヒト免疫のいくつかの特徴を再現する。ここでは、HIV感染のダイナミクスを研究するためのヒト化免疫不全マウスの3つのモデルについて説明する。1つ目は、新生児マウスにおけるCD34+造血幹細胞の肝内注射に基づいており、複数の血液およびリンパ組織閉じ込め細胞の再構成を可能にし、続いて参照HIV株による感染を可能にする。このモデルは感染後36週間まで監視することを可能にし、従って慢性モデルと呼ばれる。第2および第3のモデルは、末梢血単核細胞が成体マウスに腹腔内注射される急性および再活性化モデルと呼ばれる。急性モデルでは、健康なドナーからの細胞は腹腔内経路を介して生着し、続いて参照HIV株による感染である。最後に、再活性化モデルでは、抗レトロウイルス療法下でHIV感染ドナーからの細胞が腹腔内経路を介して生着する。この場合、マウスの薬物のない環境は、ウイルスの再活性化とウイルス負荷の増加を可能にする。ここで提供されるプロトコルは、HIV感染のヒト化免疫不全マウスモデルに対する従来の実験的アプローチを記述する。
Introduction
ヒト化NOD/SCID/インターロイキン(IL)-2受容体γ鎖ヌル(以下、huNS γ鎖ヌル)マウスモデルは、感染症、自己免疫、癌の病因の研究、ならびに薬物およびヒト細胞ベース療法の前臨床試験のために広く使用されている。これらのマウスは、非肥満糖尿病(NOD)バックグラウンドに基づいており、IL-2受容体γ鎖軌跡(IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15、およびIL-21の一般的なγ鎖)における細胞変異および標的突然変異を有し、マウスT、B、およびナチュラルキラー(NK)細胞1の発達において重篤な障害を誘発する。従って、それらは、ヒト組織、ヒトCD34+造血幹細胞(HSC)、およびヒト末梢血単核細胞(PBMC)3、4、5の生着を支持する。加えて、幹細胞因子(SCF)、顆粒球/マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)、およびIL-3などのヒト造血因子のトランスジェニック発現は、ヒト骨髄ロイド集団6、7、8の生着を促進する。
HIV研究では、いくつかのhuNS γ鎖ヌルマウスモデルが記載されているが、マウス株、使用されるヒト細胞の種類、生着細胞の組織の種類、および細胞の起源(すなわち、健康対.HIV感染ドナー)9,10.しかしながら、元の株は、参照HIV株11、12、13を有する感染後のヒト細胞生着およびウイルス複製の高レベルに起因して広く使用されている。ヒト造血因子のトランスジェニック発現を伴う同様の免疫不全マウス株(例えば、 NOG-EXLまたはNSG-SGM3)またはヒト肝臓および胸腺組織のインプラント(骨髄肝胸腺[BLT]マウス)は、抗HIV免疫応答における骨髄集団の役割、これらの組織に対するHIVの影響、およびウイルス貯留部としての関与を評価するのに有用である。さらに、ヒト白血球抗原(HLA)分子のトランスジェニック発現を有するいくつかの株、ならびにBLTマウスは、HIV感染16、17に対するT細胞応答を研究するために使用することができる。
一般に、これらのマウスにおいて、ヒト化は、細胞起源、送達経路(腹腔内、肝内、静脈内、心内)および生着時のマウス年齢18、19、20に依存する。細胞起源に関しては、臍帯血に由来するヒトCD34+HSC、胎児肝臓、又は動員末梢血を新生児又は若いマウス3、21に注射することができる。加えて、成人γ鎖ヌルマウスは、PBMC(ここでは、hu-PBL-NS γ鎖ヌルマウスと呼ばれる)の注射によってヒト化することができ、血液中のこれらの細胞の時間循環を可能にし、二次リンパ球器官、および炎症組織22、23、24。
ここで説明する、HIV感染の研究のためのhuNS γ鎖ヌルマウスモデルの確立のための詳細なプロトコルである。1つ目は、健康なドナー由来の臍帯血に由来するヒトCD34+HSCを新生児マウスに注射し、続いてヒト免疫系再構成後14週間のHIV株を用いた感染を行う慢性モデルである。このモデルは感染後〜36週間のマウスの監視を可能にする。第2モデルは急性モデルであり、健康なドナー由来のPBMCを成人NS γ鎖ヌルマウスに注射し、続いてマウスにおけるヒトT細胞増殖の3週間後に参照HIV株を用いて感染する。最後に、第3モデルは再活性化モデルであり、HIV感染ドナー由来のPBMCを抑制抗レトロウイルス療法(ART)下で成人NS γ鎖ヌルマウスに注射する。この場合、薬物のない環境は、ウイルスの再活性化とウイルス負荷の増加を可能にします。2つの後者のモデルは生着後0~9週間のモニタリングを可能にする。
全体的に、これらの3つのモデルは、ウイルス学的研究、新規薬物の前臨床試験、および世界的な免疫応答に対するHIV感染効果の評価に有用である。また、HIVに感染したヒト化マウスの使用には、実験の前に機関バイオセーフティ委員会(IBC)および制度動物ケア利用委員会(IACUC)による審査と承認が必要であることを考慮することも重要です。これにより、危険な生物学的物質の使用および実験動物の人道的取り扱いに関するすべての社内外の制度規制に従うことができる。
Protocol
この研究では、メリーランド大学医学部の動物ケア・利用委員会(IACUC)によって審査され、承認されたプロトコルに従って、すべての動物のケアと手順が行われました(プロトコル番号1018017、1018018、および0318009)。 1. ヒトCD34+新生児マウスのHSC生着 滅菌スクラブ、手袋、専用シューズ、靴カバー、マスク、ゴーグル、ヘア/ビアードボンネット、無菌ラボコ?…
Representative Results
上述したように、14週後のHSC注射(慢性モデル)または3週間後のPBMC注射(急性および再活性化モデル)において、マウスはフローサイトメトリーによって生着したヒト細胞のレベルをスクリーニングするために血を流す。1)ヒトCD45+細胞再構成および2)CD4+およびCD8+T細胞の割合の評価のための代表的なゲーティング戦略を図1Aに示す。典型?…
Discussion
ヒト化のための免疫不全マウス株の開発において重要な進歩が達成されており、研究目的1に応じて使用できる多くの異なる選択肢がある。ここで提供されるNS γ鎖ヌルマウスおよび遺伝的に類似した株のヒト化のための一般的なプロトコルは、HIV感染を研究するための3つの異なるモデルで採用される。第1の実験アプローチでは、照射された新生児マウスは、臍帯血…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、JCZに対するIHV臨床部門の内部資金によって支援されました。
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 |
Riferimenti
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Citazione di questo articolo
Perdomo-Celis, F., Medina-Moreno, S., Heredia, A., Davis, H., Bryant, J., Zapata, J. C. Chronic, Acute, and Reactivated HIV Infection in Humanized Immunodeficient Mouse Models. J. Vis. Exp. (154), e60315, doi:10.3791/60315 (2019).