遺伝子発現のすべての段階でウイルス機能を定量化するためのワクレポーターウイルス
Summary
我々は、スペクトル的に別個のレポーターフルオロフォアの段階特異的発現を介して、ウイルス感染および遺伝子発現のリアルタイム測定を可能にする蛍光レポーターワクシニアウイルスの使用を記載している。我々の詳細を正確にウイルス複製を阻害する小分子に応答して影響される段階を識別するためのプレートベースの方法。
Abstract
ポックスウイルスは、サル痘、軟属腫contagiousum、およびContagaloウイルスのような積極的なヒト病原体が含まれる二本鎖DNAウイルスのファミリーである。家族はまた、天然痘ウイルス、痘瘡が含まれています。原因ポックスウイルス複製の複雑さのために、多くの疑問がまだ彼らの遺伝子発現戦略に関する残る。この記事では、ハイスループットフォーマットでウイルス遺伝子発現の単一および複数のステージのリアルタイム測定を可能にする組換えワクシニアウイルスの概念および使用を記載している。これは、ウイルス複製の3段階のそれぞれのためのレポーターとしてスペクトルが異なる蛍光タンパク質を使用することで有効になっています。段階特異的発現パターンを維持しながら、これらのウイルスは、プレートベースのアッセイおよびウイルス増殖および複製の顕微鏡観察を可能にする、高い信号対雑音比を提供する。これらのツールは、ウイルス検出、ウイルス – 宿主相互作用の研究、および進化の生物のための用途がありますでれっと。
Introduction
伝統的に、ウイルス発現は、分子生物学技術（ 例えばノーザンブロッティング、ウェスタンブロッティング、マイクロアレイハイブリダイゼーション、 等 ）1を用いて研究されている。これらの方法は個々のmRNAまたはタンパク質の発現の変化を分類に関する詳細な情報を提供することができるが、これらは典型的には、リアルタイムのハイスループットプロセスに適していない。ポックスウイルスを扱うとき蛍光ベースのレポーターを使用して別のアプローチは、以前適用されている。しかし、その開発と使用法は様々な目的が動機とされています。いくつかのそのような方法は、組換えウイルスの2,3の選択のために設計した。これらの技術は、適切な取り込みおよび組換えワクシニアクローンからの外因性DNAの発現の際に、EGFPを発現する。同様に、いくつかのワク株は、安定的に、可溶性EGFPを発現しているか、ネイティブのワクシニアプロモーター下で発現GFPタグタンパク質は、広く使用されてきた。これらは代表値であるICALLYは、ウイルス侵入および複製抗体ベースの中和アッセイ中に、化学阻害、または抗ウイルス効果4-6との比較を定量化するために使用される。これらのウイルスは有用であることが証明されてきたが、これらは曖昧なため、単一の初期/後期ウイルスプロモーターのそれらの使用に阻害の点についての詳細な情報を提供する能力が制限されている。以前の方法はまた、次善の信号対雑音特性を有するEGFPタンパク質の使用を行った。
によるポックスウイルスの複製およびウイルス遺伝子発現のリアルタイムの変化をアッセイするために利用できる既存のツールの欠如が複雑であるため、我々は、単一および複数段レポーターウイルス7,8一式を開発した。以前の刊行物に記載されるように、これらのウイルスは、感染の初期、中間、または後期段階の間に一つ、二つ、または天然のワクシニアプロモーターから三スペクトル的に異なる蛍光タンパク質を発現する。これらのウイルスは、私たちすることができます蛍光顕微鏡を用いてウイルス複製の進行の指標としてオピニオン、それらは、ハイスループットプレート·アンド·リーダーベースのアッセイのために等しく良好に適している。これらのウイルスは、同等の力価が7に到達するために同様の速度論で成長し、野生型ウイルスの代わりに使いやすい。これらのウイルスの計画と作成中に、多くの注意が発現の変化（金星、mCherryとTagBFP）への迅速なフィードバックと信頼性の定量化を容易にするために、優れたフォールディング効率の高い信号対バックグラウンド特性を持つ蛍光プローブを選択する際に撮影された。さらに、ウイルスプロモーターの組み合わせがあいまいとは対照的に、高忠実度、明確な段階特異的発現、早期（C11Rプロモーター）のすべての範囲についての情報を提供して、中間体（G8Rプロモーター）と後期（F17Rプロモーター）の遺伝子発現を生成するものを選択し、初期/後期プロモーター。
これらのウイルスはINVEためのツールとして使用することができる原型ポックスウイルス、ワクシニアウイルスのライフサイクルをstigating。多くはまだ研究の長い歴史にもかかわらず、宿主 – ウイルス相互作用に関する知られていない。ワクは免疫調節され、拮抗ホストその多くは200以上のユニークなタンパク質を産生する、複雑です。感染時に、ワクシニアウイルスは、直ちに初期のmRNA転写を開始する。これはビリオン中にパッケージングウイルスゲノム上にロードされ、その後の感染れるまで一時停止状態に保持されたRNAポリメラーゼおよび転写因子によって促進される。この初期の発現は、主に宿主の免疫系（のmRNA脱キャップは、dsRNAの隔離、およびデコイ受容体タンパク質だけでなく、アポトーシスの阻害剤、ストレス応答、およびToll、イリノイ、およびNF-κBシグナル伝達）とゲノム複製の抑制に必要なタンパク質を生成します。初期発現はまた、中間体発現に必要な転写因子を生成する。中間表現は、後期転写因子の発現を含む。この発現カスケードは、成熟したワクシニアウイルス粒子の完全なアセンブリのために必要な感染症の後期段階の間の構造的および酵素的ウイルスタンパク質の産生をもたらす。
蛍光レポーターウイルスの私達のセットはポックスウイルス生物学の理解でなされるべき急速な進歩を可能にします。ウイルス学の分野で最も一般的で時間のかかる方法の一つは、増殖アッセイである。これは、典型的には、細胞に感染する感染細胞を溶解することによって治療、収穫ウイルスの系列を制定し、プラークアッセイにより得られたウイルス力価を定量することを含む。ここに記載のレポーターウイルスを使用して、容易にアッセイと並行して行う多数の処置の間で比較することができるウイルス増殖のリアルタイム測定を可能にする。我々は、試薬のセットは、薬物治療、RNAiをkに応じて、ウイルス遺伝子発現の変化を同定するための様々なプロトコルで使用される予見nockdown、又は宿主範囲制限。
また、この方法は、関心のある、具体的に定義されたターゲットのステージのためのハイスループット抗ウイルス薬物スクリーニングを可能にこれまで利用可能なより大きなスケールでの高内容分析を可能にします。ポックスウイルス感染症と戦うために、多数の潜在的な治療は同定されているが、唯一のFDAは、ポックスウイルス感染を治療するための有効な療法を承認した非環状ヌクレオシドホスホネート、シドフォビル、およびワク免疫グロブリン9,10での処理である。 1977 11における天然痘の撲滅にもかかわらず、ポックスウイルスは、人間の健康12に重大な脅威のまま。天然痘ウイルスに対する広範なワクチン接種の中止は、他のポックスウイルス13に対する感受性の増加につながっている。たとえば、以前にワクチン接種により保護されて中央アフリカの領域はサル痘ウイルス感染14の急増を経験している。重大な懸念もされている天然痘ウイルスの意図的なリリースに潜在感受性に関して提起。により現在利用可能な限られた治療に対する、新規な治療法の開発が急務とされている。これらのレポーターウイルスは、ウイルス複製の特定の段階を阻害するための迅速かつハイスループットな小分子阻害剤のスクリーニングを可能にする。阻害のない現在標的ウイルス発現段階を標的阻害剤の同定は、効力の増加との併用療法の開発を容易にする。
多くの各段の遺伝子発現の変化を観察することによってワクシニア細胞生物学について収集することができる。化学的または感染宿主細胞の遺伝子操作による減衰は、典型的には減少し、ウイルス力価で表現される。しかし、ウイルス発現カスケードの各段階の変化を比較することによって、人は、ウイルス適応度がどのようにインパクトのより完全な理解を得ることができる特定の治療によって編これらのデータは、従来のウイルス力価の出力とよく相関するが、より詳細な機構的情報だけでなく、高いスループット能力7を提供することが示されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、ウイルス複製の再現可能な、リアルタイムのフィードバック対策を提供し、多段ワクシニアウイルスレポーター（TRPV）の実際の使用を記載している。明確に定義されたポックスウイルス阻害剤を使用することにより、我々はTRPVは、各阻害剤の作用機序を理解と一致した様式で応答することを示すことができた。 TRPVウイルスはウイルスステージの進行に関する最も包括的な情報を…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々は、ST-246を提供するためのSIGA Technologies社（オレゴン州、OR）に感謝します。 DKRは、ボストン大学（5T32AI 7309）への免疫学のNIHの訓練助成金によってサポートされていました。この作品は、P41 086180、NIH RO1AI1096159-01、および（JHC）はRO3によって部分的にサポートされていました。
Materials
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11995-065 | |
| Fetal Bovine Serum – Optima, Heat Inactivated (FBS) | Atlanta Biologicals | S12450H | |
| 200 mM L-Glutamine, (L-glut) | Gibco | 25030-081 | |
| 96 Well Flat Clear Bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates | Corning | 3603 | |
| 384 Well Flat Clear Bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates | Corning | 3712 | |
| Trypsin, 2X, Sterile, Irradiated | Worthington Biochemical Corp. | TRLVMF | |
| Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Gibco | 10010-023 | |
| Dimethyl Sulfoxide, Cell Culture (DMSO) | American Bioanalytical | AB03091 | |
| 1-β-D-Arabinofuranosylcytosine (AraC), MW= 280 g/mol | SigmaAldrich Co | C6645 | |
| isatin β -thiosemicarbazone (IBT), MW= 234 g/mol | Fisher Scientific | NC9075202 | |
| Rifampicin, MW= 823 g/mol | SigmaAldrich Co | R3501 | |
| ST-246, MW= 376 g/mol | SIGA Labs, Corvallis, OR | ||
| 8% Paraformaldehyde (formaldehyde) aqueous solution | Electron Microscopy Sciences | 157-8 | |
| TempPlate RT optically clear film | USA Scientific | 2978-2700 | |
| Opti-MEM Reduced Serum Medium | Gibco | 31985-070 |
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