Sviluppo di un virus System Reporter dell'epatite B per monitorare la fasi iniziali del ciclo di replicazione
Summary
Qui si descrive un virus dell'epatite B recentemente sviluppato (HBV) sistema reporter per monitorare le prime fasi del ciclo di vita HBV. Questo semplificata nel sistema vitro sarà di aiuto nella proiezione di agenti anti-HBV utilizzando una strategia ad alto rendimento.
Abstract
Currently, it is possible to construct recombinant forms of various viruses, such as human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) and hepatitis C virus (HCV), that carry foreign genes such as a reporter or marker protein in their genomes. These recombinant viruses usually faithfully mimic the life cycle of the original virus in infected cells and exhibit the same host range dependence. The development of a recombinant virus enables the efficient screening of inhibitors and the identification of specific host factors. However, to date the construction of recombinant hepatitis B virus (HBV) has been difficult because of various experimental limitations. The main limitation is the compact genome size of HBV, and a fairly strict genome size that does not exceed 1.3 genome sizes, that must be packaged into virions. Thus, the size of a foreign gene to be inserted should be smaller than 0.4 kb if no deletion of the genome DNA is to be performed. Therefore, to overcome this size limitation, the deletion of some HBV DNA is required. Here, we report the construction of recombinant HBV encoding a reporter gene to monitor the early stage of the HBV replication cycle by replacing part of the HBV core-coding region with the reporter gene by deleting part of the HBV pol coding region. Detection of recombinant HBV infection, monitored by the reporter activity, was highly sensitive and less expensive than detection using the currently available conventional methods to evaluate HBV infection. This system will be useful for a number of applications including high-throughput screening for the identification of anti-HBV inhibitors, host factors and virus-susceptible cells.
Introduction
L'infezione cronica da virus dell'epatite B (HBV) è un importante fattore di rischio per le malattie croniche del fegato 1. Sebbene strategie terapeutiche attuali si basano su analoghi nucleotidici che inibiscono la funzione HBV pol e / o la somministrazione di tipo I interferon che attiva risposte immunitarie negli individui infetti nonché indirettamente sopprimere la proliferazione HBV attraverso funzioni genici stimolati 2, questi trattamenti non possono eliminare HBV DNA completamente 3. Inoltre, l'emergere di HBVs che sono resistenti agli agenti anti-Pol è di preoccupazione 4. La somministrazione di agenti anti-virali combinati rivolti direttamente le varie fasi del virus dell'immunodeficienza umana (HIV) o il ciclo di vita del virus dell'epatite C (HCV) è stato dimostrato che sopprimere o eliminare il virus (es) con successo. Simile a questa idea, lo sviluppo di anti-HBV agent (s) che agiscono direttamente sulle diverse fasi di HBV ciclo di vita è importante per stabilire le future terapie HBV.
In generale, la creazione di un semplice sistema di coltura in vitro del virus destinazione facilita lo sviluppo di agenti anti-virus. Tuttavia, ci sono almeno due ostacoli allo sviluppo di sistemi di coltura in vitro per lo screening agenti anti-HBV. La prima è la mancanza di una comoda vitro sistema di coltura cellulare a HBV / proliferazione. A differenza di altri virus, come l'HIV e HCV, che si propagano in linee cellulari stabilizzate, è difficile da coltivare HBV in vitro a causa delle limitazioni sperimentali compresa una gamma ristretta ospitante. L'uso di sistemi di coltura cellulare specifici quali la linea di cellule di epatoma umano HepaRG, che è suscettibile di infezione da HBV, 5, 6, 7 sono state sviluppate per superare questi problemi. Inoltre, le cellule PXB, isolate da urochinasi-tyPE attivatore del plasminogeno transgenici / topi SCID inoculati con primari epatociti umani (PHH), hanno dimostrato di essere suscettibili di infezione da HBV e la replicazione 8. Tuttavia, i livelli di replicazione dell'HBV in HepaRG dipendono dallo stato differenziazione cellulare dopo la cultura, che può causare risultati incoerenti e non riproducibili su livelli di infezione / replicazione dell'HBV. PXB è comunemente utilizzato per esperimenti di infezione da HBV, ma è limitata dalla sua disponibilità. Una linea di cellule espressione inducibile HBV tetraciclina, HepAD38, è stato ampiamente utilizzato per studiare la replicazione dell'HBV, ma questo sistema consente solo di valutazione dopo la trascrizione e non al passo ingresso di infezione da HBV 9. Recentemente, l'identificazione di sodio taurocolato cotransporting polipeptide (NTCP) come un recettore funzionale per HBV ha consentito lo sviluppo di un sistema di coltura variabile di HBV 10. In effetti, l'espressione NTCP in cellule di epatocarcinoma non sensibili, come Huh7 eHepG2 consente HBV 10 e, quindi, la scelta delle linee cellulari sensibili HBV è stata ampliata, risolvere molti dei limiti sperimentali. Il secondo problema è la mancanza di un semplice sistema di test per valutare HBV e la replicazione. Valutazione della HBV è solitamente condotta analizzando HBV DNA, RNA e proteine. Tuttavia, la quantificazione di questi marcatori virali è che richiede tempo, spesso costosi e non sempre semplice. Pertanto, lo sviluppo di un semplice sistema di analisi, ad esempio utilizzando un gene reporter, potrebbe superare i problemi associati ai sistemi di dosaggio HBV.
Tuttavia, poiché la dimensione del genoma che può essere confezionato in un capside HBV è limitata – meno di 3,7 kb 11 – la dimensione di un gene reporter deve essere il più breve possibile. Inoltre, la presenza di più elementi cis sparsi in tutto il genoma, che sono essenziali per la replicazione virale, limita le posizioni disponibili dal serimento del gene reporter nel genoma. Diversi studi hanno tentato di inserire geni estranei, compreso l'HIV-1 Tat, proteina fluorescente verde e DsRed, in HBV genoma 11, 12, 13. Tuttavia, questi HBVs ricombinanti non sono utili per lo screening HBV / replica, o per l'high-throughput screening dei fattori che influenzano l'infezione da HBV / replica. Questo è principalmente a causa della bassa produttività dei virus ricombinanti e la ridotta intensità di espressione del gene reporter causato dalla produzione di virus inefficiente.
Per superare questi problemi, abbiamo costruito un HBV giornalista con un alto rendimento di produzione di virus. Questo virus è altamente sensibile per monitorare le prime fasi del ciclo di replicazione dell'HBV, dall'entrata alla trascrizione. Per raggiungere questo obiettivo, NanoLuc (NL) è stato scelto come gene marcatore perché è un piccolo (171 amminoacidi) progettati giornalista luminescenticlass = "xref"> 14. Inoltre, NL è di circa 150 volte più luminoso di lucciola o Renilla luciferasi, e la reazione luminescenti è ATP-indipendenti, il che suggerisce che il tasso di successo falso sarà basso per lo screening ad alto rendimento. L'efficienza produttiva del HBV ricombinante è pari a circa 1/5 del genitore HBV, e simile a livelli riportati per precedenti virus ricombinanti HBV; tuttavia, la luminosità NL supera problemi di produttività virus in modo che possa essere utilizzato per lo screening di massa di agenti anti-HBV.
Proiezione di agenti anti-HBV utilizzando epatociti primari, HepaRG, HepAD38 e epatociti NTCP-trasdotte potrebbe essere utile per lo screening di agenti anti-HBV con il metodo convenzionale (s). Tuttavia, il sistema qui descritto presenta diversi vantaggi, quali una semplice manipolazione, ad alta sensibilità e basso costo per lo screening. Questi vantaggi sono adatti per dosaggi elevati di throughput per lo sviluppo e identificare nuovi agenti HBV per scopi terapeutici.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il genoma HBV ha quattro principali fasi di lettura aperti (ORF), tra cui il nucleo, polimerasi, di superficie e X ORF (Figura 1). Trascrizione di questi quattro HBV ORF è strettamente regolata da quattro promotori: il promotore precore / core contenenti enhancer II, S1 promotore, promotrice S2 e X promotore contenente enhancer I 18. I 3,5 kb e 3,4 kb mRNA sono tradotti in precore e Core proteine, rispettivamente. La grande proteina busta (L) è prodotto dal più grande mRNA sub…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported in part by the Research Program on Hepatitis from Japan Agency for Medical Research and Development (AMED) and by Grants-in-Aids for Scientific Research from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) of Japan.
Materials
| Nano-Glo Luciferase Assay Regent | Promega | N1110 | |
| Penicillin-Streptomycin Mixed Solution | Nacalai tesque | 09367-34 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution | Thermo Fisher Scientific | 11140050 | |
| DMEM | Thermo Fisher Scientific | 11995065 | |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
| 100 mm/collagen-coated dish | Iwaki | 4020-010 | |
| Lipofectamine 3000 Transfection Reagent | Thermo Fisher Scientific | L3000001 | |
| Polyethylene glycol (PEG) 6000 | Sigma-Aldrich | 81255 | |
| Polyethylene glycol (PEG) 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | |
| NaCl | Nacalai tesque | 31319-45 | |
| 0.5 mol/l-EDTA Solution | Nacalai tesque | 06894-14 | |
| Tris-HCl | Nacalai tesque | 35434-21 | |
| Millex-HP, 0.45 μm, polyethethersulfone, filter | Merck Millipore | SLHP033RS | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Collagen coated 96-well plate | Corning | NO3585 | |
| Passive Lysis 5xBuffer | Promega | E1941 | |
| GloMax 96 Microplate Luminometer | Promega | E6501 | |
| Sucrose | Nacalai tesque | 30403-55 | |
| Luminometer plate | Greiner bio-one | 655075 | |
| HepG2-NTCP1-myc-clone22 | – | – | Reference 15 |
| pUC1.2HBV delta epsilon | – | – | Reference 15 |
| pUC1.2HBV/NL | – | – | Reference 15 |
| 50 ml tube | Violamo | 1-3500-02 | |
| Anti-Myc antibody | Sigma-Aldrich | C3956 | |
| HBIG | Japan Blood Products Organization | – | |
| IFN-β | Mochida Pharmaceutical | 14987224005413 | |
| Heparin | Sigma-Aldrich | H3393 |
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