Summary

默克尔细胞多瘤病毒感染与检测

Published: February 07, 2019
doi:

Summary

在这里, 我们提出了一个方案, 以感染原生真皮成纤维细胞与 mcpyv。该方案包括皮肤成纤维细胞的分离、mcpyv 病毒的制备、病毒感染、免疫荧光染色和荧光原位杂交。该协议可以扩展到描述 mcpyv-主机相互作用的特征, 并发现 mcpyv 注入的其他细胞类型。

Abstract

默克尔细胞多瘤病毒 (mcpyv) 感染可导致默克尔细胞癌 (mcc), 这是一种极具攻击性的皮肤癌。由于缺乏适当的细胞培养模型, 充分研究 mcpyv 分子生物学和致癌机制的力学研究受到了阻碍。在这里, 我们描述了一组执行和检测人类皮肤细胞 mcpyv 感染的协议。这些协议描述了人真皮成纤维细胞的分离、重组 mcpyv 病毒的制备, 以及免疫荧光 (if) 染色和原位 dna 杂交链反应 (hcr) 检测病毒感染的方法, 这是一种高度敏感的方法。荧光原位杂交 (fish) 方法。有兴趣的研究人员可以对本文中的协议进行调整, 以确定支持 mcpyv 感染的其他细胞类型或细胞系。所描述的 fish 方法也可以用来检测受感染的人类皮肤中存在的低病毒 dna 水平。

Introduction

默克尔细胞多瘤病毒 (mcpyv) 是一种小型双链 dna 病毒, 与罕见但具有攻击性的皮肤癌, 默克尔细胞癌 (mcc)1,2。mcc 的死亡率, 约 33%, 超过黑色素瘤 3,4。mcpyv 的圆形基因组约为 5 kb 1,5 被非编码调控区 (ncrr) 一分为二, 进入早期和后期编码区域1。ncrr 包含病毒复制 (ori) 的病毒来源和病毒转录的双向启动子 6,7。早期区域编码肿瘤抗原蛋白称为大 t (lt), 小 t (st), 57kt, 替代 lt orf (alto), 以及自动调节 mirna1,8, 9, 10.后期区域编码衣壳蛋白 vp1 和 vp211,12,13。lt 和 st 是研究最多的 mcpyv 蛋白, 已被证明支持病毒 dna 复制和 mcpyv 诱导的肿瘤发生 5。mcpyv dna 在宿主基因组中的克隆整合, 在多达80% 的 mcc 中被观察到, 很可能是病毒阳性肿瘤发生 14,15的一个因果因素。

在过去20年中, mcc 的发病率增加了两倍16。无症状 mcpyv 感染在一般人群中也很普遍,为 17,18,19。随着 mcc 诊断数量的增加和 mcpyv 感染的高流行率, 有必要提高我们对病毒及其致癌潜力的认识。然而, mcpyv 生物学和致癌机制的许多方面仍然鲜为人知20。这主要是因为 mcpyv 在现有细胞系11、12212223以及直到最近的皮肤细胞中复制得很差, 直到最近, 还有能够支持 mcpyv 的皮肤细胞感染没有被发现 22。由于缺乏传播病毒的细胞培养系统, 充分研究 mcpyv 及其与宿主细胞相互作用的力学研究受到了阻碍。

我们发现, 从新生儿包皮中分离出的原代人真皮成纤维细胞 (hdf)在体外外24支持强大的 mcpyv 感染。通过本研究, 建立了 mcpyv24的第一个细胞培养感染模型。在该模型系统的基础上, 我们发现, 通过 wnt/β-儿茶素信号转导途径和其他生长因子诱导基质金属蛋白酶 (mmp) 基因刺激 mcpyv 感染。此外, 我们还发现, fda 批准的 mek 拮抗剂曲美替尼有效地抑制 mcpyv 感染5,25。通过这些研究, 我们还建立了一套隔离人真皮成纤维细胞 24,25的协议, 准备 mcpyv 病毒 11,12, 对人类真皮成纤维细胞进行 mcpyv 感染24,25和 mcpyv 蛋白的 if 染色26。此外, 我们还采用原位 dna 杂交链反应 (hcr) 技术27 , 开发了一种高度敏感的 fish 技术 (hcr-dna fish), 用于检测受感染的人类皮肤细胞中的 mcpyv dna。这些新方法将有助于研究 mcpyv 的感染周期以及细胞对 mcpyv 感染的反应。维持 mcpyv 感染的天然宿主水库细胞和引起 mcc 肿瘤的细胞仍然是未知的。我们在这篇手稿中描述的技术可以用来检查各种类型的人体细胞, 以确定储集细胞和 mcc 肿瘤的起源。我们已建立的方法, 如 hcr-dna fish, 也可用于检测其他 dna 肿瘤病毒和宿主细胞相互作用的特征。

Protocol

人类新生儿包皮是从宾州皮肤病研究中心获得的。成人人成纤维细胞是在手术后从废弃的正常皮肤中获得的。所有议定书都得到了宾夕法尼亚大学机构审查委员会的批准。 1. 人真皮成纤维细胞的分离 使用剪刀剪掉人类新生儿包皮的脂肪和皮下组织, 并将皮肤样本切成两半或四分之一。 在 pbs 中将 10 mgml 消解酶 ii 中的5毫升组织在4°c 后补充抗生素抗真菌。 <…

Representative Results

本手稿中描述的协议允许隔离几乎同质的 hdf 群 (图 1)。免疫荧光染色显示, 使用本协议中描述的条件分离的人真皮细胞中, 几乎100% 的皮肤细胞对真皮成纤维细胞标记物、vimentin 和胶原蛋白 i24 进行了阳性染色, 但对人体呈阴性。包皮角质形成细胞标记 k14 (图 1)。图 2显示了使用重组 mcpyv ?…

Discussion

上述方法包括从人体皮肤组织中分离真皮成纤维细胞、制备重组 mcpyv 病毒、培养细胞感染、免疫荧光染色和采用 hcr 技术的敏感 fish 方法。应该使研究人员能够分析 mcpyv 感染 27.在体外实现 mcpyv 感染的最关键步骤之一是生产高滴度病毒制剂。利用本文所述的重组 mcpyv 病毒的制备方案, 我们实现了每毫升的 10, 12个基因组拷贝病毒滴度, 共 11,<sup …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

作者感谢 meenhard herlyn 博士 (wistar 研究所) 和 m. celeste simon 博士 (宾夕法尼亚大学) 提供试剂和技术支持。我们还感谢我们实验室的成员进行了有益的讨论。这项工作得到了国家卫生研究院 (r01ca187718、r01ca147778 和 R01CA187718)、nci 癌症中心支助赠款 (nci p30 c12016520) 和 penn cfar 奖 (p30 ai 045008) 的支持。

Materials

Fetal calf serum HyClone SH30071.03
MEM Non-Essential Amino Acids Solution, 100X Thermo Fisher Scientific 11140050
GLUTAMAX I, 100X Thermo Fisher Scientific 35050061 L-Glutamine
DPBS, no calcium, no magnesium Thermo Fisher Scientific 14190136
0.05% Trypsin-EDTA Thermo Fisher Scientific 25300-054
DMEM/F12 medium Thermo Fisher Scientific 11330-032
Recombinant Human EGF Protein, CF R&D systems 236-EG-200 Store at -80 degree celsius
CHIR99021 Cayman Chemical 13122 Store at -80 degree celsius
CHIR99021 Sigma SML1046 Store at -80 degree celsius
Collagenase type IV Thermo Fisher Scientific 17104019
Dispase II Roche 4942078001
Antibiotic-Antimycotic Thermo Fisher Scientific 15240-062 Protect from light
DMEM medium Thermo Fisher Scientific 11965084
Alexa Fluor 594 goat anti-mouse IgG Thermo Fisher Scientific A11032 Protect from light
Alexa Fluor 488 goat anti-rabbit IgG Thermo Fisher Scientific A11034 Protect from light
OptiPrep Density Gradient Medium Sigma D1556 Protect from light
Paraformaldehyde Sigma P6148
anti-MCPyV LT (CM2B4) Santa Cruz sc-136172 Lot # B2717
MCV VP1 rabbit Rabbit polyclonal serum #10965 https://home.ccr.cancer.gov/lco/BuckLabAntibodies.htm
Hygromycin Roche 10843555001
Basic Fibroblast Growth Factors (bFGF), Human Recombinant Corning 354060 Store at -80 degree celsius
Benzonase Nuclease Sigma E8263
Plasmid-Safe ATP-Dependent DNase EPICENTRE E3101K
Probe hybridization buffer Molecular technologies
Probe wash buffer Molecular technologies
Amplification buffer Molecular technologies
Alexa 594-labeled hairpins Molecular technologies B4 Protect from light
Triton X-100 Sigma X100
Quant-iT PicoGreen dsDNA Reagent Thermo Fisher Scientific P7581
BamHI-HF NEB R3136
Buffer PB Qiagen 19066
blue miniprep spin column Qiagen 27104
50mL Conical Centrifuge Tubes Corning 352070
T4 ligase NEB M0202T
MagicMark XP Thermo Fisher Scientific LC5602

References

  1. Gjoerup, O., Chang, Y., Vande Woude, G., Klein, G. . Advances in Cancer Research. 106, 1-51 (2010).
  2. Feng, H., Shuda, M., Chang, Y., Moore, P. S. Clonal integration of a polyomavirus in human Merkel cell carcinoma. Science. 319, 1096-1100 (2008).
  3. Lemos, B., Nghiem, P. Merkel cell carcinoma: more deaths but still no pathway to blame. Journal of Investigative Dermatology. 127 (9), 2100-2103 (2007).
  4. Agelli, M., Clegg, L. X. Epidemiology of primary Merkel cell carcinoma in the United States. Journal of the American Academy of Dermatology. 49 (5), 832-841 (2003).
  5. Liu, W., MacDonald, M., You, J. Merkel cell polyomavirus infection and Merkel cell carcinoma. Current Opinion in Virology. 20, 20-27 (2016).
  6. Harrison, C. J., et al. Asymmetric Assembly of Merkel Cell Polyomavirus Large T-Antigen Origin Binding Domains at the Viral Origin. Journal of Molecular Biology. 409 (4), 529-542 (2011).
  7. Kwun, H. J., et al. The Minimum Replication Origin of Merkel Cell Polyomavirus Has a Unique Large T-Antigen Loading Architecture and Requires Small T-Antigen Expression for Optimal Replication. Journal of Virology. 83 (23), 12118-12128 (2009).
  8. Carter, J. J., et al. Identification of an overprinting gene in Merkel cell polyomavirus provides evolutionary insight into the birth of viral genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (31), 12744-12749 (2013).
  9. Seo, G. J., Chen, C. J., Sullivan, C. S. Merkel cell polyomavirus encodes a microRNA with the ability to autoregulate viral gene expression. Virology. 383 (2), 183-187 (2009).
  10. Theiss, J. M., et al. A Comprehensive Analysis of Replicating Merkel Cell Polyomavirus Genomes Delineates the Viral Transcription Program and Suggests a Role for mcv-miR-M1 in Episomal Persistence. PLOS Pathogens. 11 (7), 1004974 (2015).
  11. Schowalter, R. M., Pastrana, D. V., Buck, C. B. Glycosaminoglycans and sialylated glycans sequentially facilitate Merkel cell polyomavirus infectious entry. PLOS Pathogens. 7 (7), 1002161 (2011).
  12. Schowalter, R. M., Reinhold, W. C., Buck, C. B. Entry Tropism of BK and Merkel Cell Polyomaviruses in Cell Culture. PLoS One. 7 (7), 42181 (2012).
  13. Schowalter, R. M., Buck, C. B. The Merkel cell polyomavirus minor capsid protein. PLOS Pathogens. 9 (8), 1003558 (2013).
  14. Houben, R., Schrama, D., Becker, J. C. Molecular pathogenesis of Merkel cell carcinoma. Experimental Dermatology. 18 (3), 193-198 (2009).
  15. Chang, Y., Moore, P. S. Merkel cell carcinoma: a virus-induced human cancer. Annual Review of Pathology. 7, 123-144 (2012).
  16. Hodgson, N. C. Merkel cell carcinoma: Changing incidence trends. Journal of Surgical Oncology. 89 (1), 1-4 (2005).
  17. Tolstov, Y. L., et al. Human Merkel cell polyomavirus infection II. MCV is a common human infection that can be detected by conformational capsid epitope immunoassays. International Journal of Cancer. 125 (6), 1250-1256 (2009).
  18. Schowalter, R. M., Pastrana, D. V., Pumphrey, K. A., Moyer, A. L., Buck, C. B. Merkel cell polyomavirus and two previously unknown polyomaviruses are chronically shed from human skin. Cell Host & Microbe. 7 (6), 509-515 (2010).
  19. Foulongne, V., et al. Human Skin Microbiota: High Diversity of DNA Viruses Identified on the Human Skin by High Throughput Sequencing. PLoS One. 7 (6), 38499 (2012).
  20. Hopcraft, S. E., Damania, B. Tumour viruses and innate immunity. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 372 (1732), (2017).
  21. Feng, H., et al. Cellular and viral factors regulating Merkel cell polyomavirus replication. PLoS One. 6 (7), 22468 (2011).
  22. Neumann, F., et al. Gene Expression and Particle Production by a Consensus Merkel Cell Polyomavirus (MCPyV) Genome. PLoS One. 6 (12), 29112 (2011).
  23. Tsang, S. H., Wang, X., Li, J., Buck, C. B., You, J. Host DNA damage response factors localize to merkel cell polyomavirus DNA replication sites to support efficient viral DNA replication. Journal of Virology. 88 (6), 3285-3297 (2014).
  24. Liu, W., et al. Identifying the Target Cells and Mechanisms of Merkel Cell Polyomavirus Infection. Cell Host & Microbe. 19 (6), 775-787 (2016).
  25. Liu, W., Krump, N. A., MacDonald, M., You, J. Merkel Cell Polyomavirus Infection of Animal Dermal Fibroblasts. Journal of Virology. 92 (4), (2018).
  26. Liu, W., et al. BRD4 regulates Nanog expression in mouse embryonic stem cells and preimplantation embryos. Cell Death Differ. 21 (12), 1950-1960 (2014).
  27. Choi, H. M., Beck, V. A., Pierce, N. A. Next-generation in situ hybridization chain reaction: higher gain, lower cost, greater durability. ACS Nano. 8 (5), 4284-4294 (2014).
  28. Buck, C. B., Pastrana, D. V., Lowy, D. R., Schiller, J. T. Efficient intracellular assembly of papillomaviral vectors. Journal of Virology. 78 (2), 751-757 (2004).
  29. . ccr.cancer.gov Available from: https://home.ccr.cancer.gov/lco/support.htm (2018)
  30. . ccr.cancer.gov Available from: https://home.ccr.cancer.gov/lco/BuckLabAntibodies.htm (2018)
  31. . ccr.cancer.gov Available from: https://home.ccr.cancer.gov/lco/NativeMCVproduction.htm (2018)
check_url/kr/58950?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Liu, W., Krump, N. A., Buck, C. B., You, J. Merkel Cell Polyomavirus Infection and Detection. J. Vis. Exp. (144), e58950, doi:10.3791/58950 (2019).

View Video