Combinée de Modifications chimiques et génétiques de la capside des vecteurs de transfert de gènes axée sur les adénovirus pour le blindage et le ciblage
Summary
Le protocole décrit ici permet aux chercheurs de modifier précisément capsides adénovirus dans certains sites de chimie simple. Particules de vecteurs adénovirus blindé et vecteurs de transfert de gène reciblées peuvent être générés et interactions hôte vecteur peuvent être étudiées.
Abstract
Vecteurs adénovirus sont des outils puissants pour virothérapie génétique de vaccination et oncolytiques. Cependant, ils sont sujettes à des interactions hôte-vecteur indésirables multiples, surtout après la livraison de in vivo . C’est un consensus que les limites imposées par l’interaction hôte-vecteur non désirés ne peuvent être surmontés si les modifications définies de la surface de vecteur sont effectuées. Ces modifications incluent le blindage des particules à partir des interactions non désirées et le ciblage de l’introduction de nouveaux ligands. Le protocole présenté ici vise à permettre au lecteur de générer blindé et, si vous le souhaitez, reciblé vecteurs de transfert de gène humain adénovirus ou virus oncolytiques. Le protocole permettra aux chercheurs de modifier la surface des capsides vecteurs adénovirus par un lien chimique spécifique des polymères synthétiques, glucides, lipides ou autres moitiés biologiques ou chimiques. Il décrit la technologie de pointe des modifications combinées capside génétiques et chimiques, qui auraient dû être divulgués afin de faciliter la compréhension et le franchissement des barrières pour en vivo livraison des vecteurs adénovirus. Une description détaillée et commentée des étapes cruciales pour la réalisation de réactions chimiques spécifiques avec biologiquement actives virus ou virus dérivés des vecteurs est fournie. La technologie décrite dans le protocole est basée sur l’introduction de génétique de la cystéine (naturellement absent) résidus en boucles exposés au solvant de vecteurs adénovirus-dérivé. Ces résidus de cystéine fournissent une réactivité chimique spécifique, après la production de vecteurs à des titres élevés, exploitables pour le très spécifique et efficace de couplage covalent chimique des molécules d’une grande variété de classes de substance au vecteur particules. Ce qui est important, ce protocole peut s’adapter facilement pour effectuer une large variété de modifications chimiques (non thiol dotés) différentes, des capsides vecteurs adénovirus. Enfin, il est probable que vecteurs de transfert de gène de base de virus non enveloppés, autres que les adénovirus peuvent être modifiées de la base du présent protocole.
Introduction
Adénovirus (Ad), membres de la famille des Adenoviridae, sont des virus à ADN non enveloppés de laquelle plus de 70 types jusqu’à présent ont été identifiés (http://hadvwg.gmu.edu). Selon les propriétés hemaglutination, structure du génome et résultats du séquençage, les types de 70 après JC se divisent en sept espèces (adénovirus humain A à G)1,2. Le génome humain des Ad est taille 38 Ko et encapsulé par une nucléocapside icosaédrique3. En raison de leur abondance, la capside protéine hexon, base de penton et fibre sont tous appelés protéines de capside majeure. La capside protéine hexon plus abondante et la plus grande forme 20 facettes de la capside, composés chacun de 12 hexon homotrimers4,5. Penton, situé sur chaque bord icosaédrique (sommet), se compose de pentamères d’une base de penton et représente le point de départ pour la pointe de vertex qui est construite de glycosylée fibre trimères5,6. L’entrée de cellule Ad natif est essentiellement composée de deux grandes étapes. Tout d’abord, le bouton de la fibre se lie au récepteur primaire. Types de publicité de l’espèce A, C, E et F, c’est le récepteur coxsackie et adénovirus (voiture). Cette interaction apporte le virion dans la proximité spatiale de la surface des cellules, ce qui facilite les interactions entre les intégrines cellulaires et RGD-motif dans la base de penton et par conséquent induisant des réponses cellulaires. En second lieu, les modifications du cytosquelette conduisent à internalisation du virion et transport de l’ endosome7. Après un démontage partiel de l’endosome, le virion est libéré dans le cytoplasme und se rend finalement au noyau pour la réplication.
Alors que l’Ad peut être remis localement (e.g., pour la vaccination génétique), délivrance systémique par l’intermédiaire de la circulation sanguine selon les exigences de l’onco-virothérapie fait face à plusieurs obstacles. Tout en circulant dans le sang, les virions injectées rencontrent le système de défense du système immunitaire de l’hôte, conduisant à une neutralisation rapide les vecteurs de la base de virus et rendre les vecteurs de base Ad extrêmement inefficace dans les applications systémiques. En outre, l’hépatotropisme naturelle des Ad interfère avec délivrance systémique et doit être résolue pour rediriger Ad vers ses nouvelles cellules de cible.
Codé en lignée germinale des anticorps IgM naturelles du système immunitaire inné rapidement reconnaissent et lient des structures hautement répétitives sur la surface du virion8,9. Ces complexes immuns activent ensuite les voies classiques et non classiques du système du complément, conduisant à une neutralisation rapide médiée par le complément d’une grande partie des virions8. Une deuxième voie entraînant retrait majeur des virions Ad est médiée par les macrophages10 et associée aiguë toxique et hémodynamiques effets secondaires11,12. Dans le cas de la publicité en particulier, Kupffer, cellules résidant dans la foie se lient aux et phagocytically relever les Ad virions par charognard spécifique récepteurs, ainsi leur élimination du sang13,14,15 . Les récepteurs scavenger spécifiques ont également été identifiées sur les cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques (cellules LSE)16, et LSE cellules semblent également contribuer à vecteur élimination17, mais à quelle mesure doit encore être précisée. En outre, certains types de publicité et de leurs vecteurs dérivés sont efficacement piégées par les érythrocytes humains18 auxquels ils lient par voiture ou le récepteur du complément CR119. À noter, ce mécanisme séquestrant ne peut être étudié dans le système de modèle de souris comme en contraste avec les érythrocytes humains, les érythrocytes de souris n’expriment pas de voiture.
Des anticorps spécifiques anti-Ad générés par le système immunitaire adaptatif après exposition aux Ad, soit en raison d’infections antérieures avec Ad ou après la première livraison dans les applications systémiques lever un obstacle supplémentaire à l’usage effectif des vecteurs de l’Ad, et ils devraient être éludés dans délivrance systémique efficace.
Enfin, la forte hépatotropisme de certains types de publicité (y compris Ad5) sévèrement entrave demande d’Ad en thérapie systémique. Ce tropisme résultant dans la transduction des hépatocytes est en raison de la forte affinité du virion Ad de facteur de coagulation de sang X (FX), médiée par l’interaction de FX avec les Ad hexon protéines20,21,22. FX comble le virion à héparine sulfate glycanes (HSPGs) sur la surface des hépatocytes20,23,24,25. Un facteur crucial pour cette interaction semble être l’étendue exacte des N – et O-sulfatation des HSPGs dans les cellules hépatiques24, qui se distingue de la HSPGs sur d’autres types de cellules. En plus de ce mécanisme médié par FX, des études récentes suggèrent davantage les voies non encore identifiée qui aboutissent à la transduction Ad des hépatocytes26,27,28.
Récemment, il a été démontré que FX n’est pas impliquée dans la transduction des hépatocytes de Ad, mais aussi en se liant, le virion protège la particule de virus contre la neutralisation par le système de complément26. Réduction de la transduction de l’hépatocyte en empêchant la liaison de FX, par conséquent, créerait indésirable effet secondaire d’augmenter Ad neutralisation via le système immunitaire inné.
Une connaissance approfondie des interactions complexes entre les vecteurs et les organismes hôtes est donc nécessaire de développer les vecteurs plus efficaces pour les applications systémiques qui contournent les obstacles imposés par l’organisme de l’hôte.
Une stratégie qui a été initialement utilisée pour les protéines thérapeutiques a été adaptée pour les vecteurs d’Ad pour au moins partiellement surmonté les obstacles décrits ci-dessus. Antigénicité et l’immunogénicité de protéines thérapeutiques composés pourraient être réduits en accouplant au polyéthylène glycol (PEG)29,30. Par conséquent, le couplage covalent des polymères tels que le PEG ou poly [N-(2-hydroxypropyl) methacrylamid] (pHPMA) à la capside surface protège le vecteur de l’interaction hôte-vecteur non désirés. Communément, couplage polymer cible les groupes ε-aminé de résidus de lysine secondaires qui sont distribuées au hasard sur la surface de la capside. Particules de vecteur en solution sont, en raison de la nature hydrophile des polymères ci-joint, entourés d’une coquille d’eau stable qui réduit le risque de la reconnaissance des cellules immunitaires ou une dégradation enzymatique. En outre, vecteurs de PEGylated Ad apparaissaient d’éluder la neutralisation par les anticorps anti-hexon in vitro et dans des souris préalablement vaccinés en vivo31. Contrairement à la modification génétique capside, couplage chimique des polymères est effectué après la production et de purification, qui permet non seulement pour l’utilisation de cellules producteur classiques et des stocks de vecteur de titre élevé, mais aussi pour la production simultanée modification de milliers d’acides aminés sur la surface de la capside. Cependant, axés sur l’amine blindage se produit au hasard sur toute la surface de l’ensemble capside, résultant en des hétérogénéités hautes et ne permettant pas de modification des capsomères spécifiques. En outre, les fractions de polymère grand requises pour des effets bénéfiques altérer virus bioactivité32.
Pour surmonter ces limitations, Kreppel et al. 33 a introduit un concept de geneti chimiques pour vecteur re – et dépointage. Cystéines ont été génétiquement introduits dans la capside du virus aux positions exposés au solvant comme fibre HI-boucle33, protéine IX34et hexon35,,36. Bien que pas les vecteurs de Ad naturelle, cystéine-roulement peuvent être produites à des titres élevés dans les cellules normales de producteur. Ce qui est important, insertion des cystéines dans certains capsomères et dans différents postes au sein d’un seul capsomer permet des modifications très spécifiques des portions réagissant au groupe thiol. Cette approche geneti-chimique a été démontrée à surmonter les nombreux obstacles en dessin vectoriel Ad. La combinaison de base d’amines PEGylation dépointage et couplage thiol-basée de la transferrine sur la manette de la fibre que HI-boucle a fait ses preuves avec succès reciblez modifié vecteurs d’Ad pour voiture-deficient cellules33. Puisque hexon est impliqué dans des interactions plus indésirables (anticorps neutralisants, facteur de coagulation sanguine FX), stratégies axées sur le thiol modification donnèrent aussi leur hexon. Couplage des petites portions de PEG à HVR5 de hexon empêché particules vecteur Ad pour transduce SKOV-3 cellules en présence de FX, tandis que grandes portions de PEG augmenté hépatocyte transduction14,35. Particules de vecteur ad porteuses de mutations dans le bouton de fibre inhibant la liaison de la voiture et HVR7 inhibiteur liaison des FX (et roulement inséré cystéines dans HVR1 pour position spécifique PEGylation) se sont avérés éluder et complément-médiée par les anticorps de neutralisation, ainsi que l’absorption du piégeur médiée par les récepteurs sans perte d’infectiosité. Fait intéressant, malgré un manque du bouclier naturel de FX, PEGylation amélioré encore transduction des hépatocytes en fonction de la taille de cheville36. Cependant, il a été montré que covalent blindage a d’incidence sur les processus de trafic intracellulaires. Prill et al. comparé irréversible par rapport aux boucliers bioresponsive basé sur pHPMA et démontré que ni le mode de blindage ni co-polymère frais avait une incidence sur l’entrée de la cellule mais affecte traite des particules dans le noyau. Employant un bouclier bioresponsive avec pHPMA chargés positivement copolymères autorisés pour trafic de particules dans le noyau, en conservant l’efficacité élevée de transduction Ad vecteurs in vitro et in vivo37.
En résumé, ces données indiquent que, même en supposant que toutes les interactions-hôte-vecteur ont été connues et examinées, modifications de surface capside excessive sont nécessaires pour surmonter les obstacles liés à la prestation de vecteur systémique.
Ici, nous fournissons un protocole pour effectuer des modifications chimiques in sites des capsides vecteurs adénovirus pour blindage et/ou le reciblage des particules vecteurs adénovirus et virus oncolytiques axée sur les adénovirus. Le concept de cette technologie est décrite à la Figure 1. Il permet le blindage de certaines régions de la capside des interactions indésirables par covalente des polymères synthétiques. En même temps, il fournit également un moyen d’attacher des ligands et combiner le blindage et le ciblage. À l’aide de chimie simple, les expérimentateurs pourront modifier par covalence surface de vecteurs adénovirus avec une grande variété de molécules comprenant des peptides/protéines, glucides, lipides et d’autres petites molécules. En outre, le protocole prévoit un concept général la modification chimique des vecteurs de virus dérivé biologiquement actives au titre du maintien de leur intégrité biologique et activité.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’efficacité par lequel les cystéines génétiquement introduits peuvent être chimiquement modifiés est typiquement 80 à 99 %, et certaines variables influent sur ce rendement. Tout d’abord, il est primordial que les cystéines génétiquement introduites ne subissent pas d’oxydation prématurée. Tout en étant bien protégé dans l’environnement réducteur des cellules producteur, il est obligatoire de fournir un environnement sans oxydation après la sortie de vecteur de particules provenant des cellules …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Vector purification and chemical modification | |||
| Argon gas | Air liquide | local gas dealer | |
| Liquid Nitrogen | Air liquide | local gas dealer | |
| 500 mL centrifuge tubes | Corning | 431123 | |
| Stericup Express Plus 0.22 µm | Millipore | SCGPU02RE | |
| Tris(2-carboxyethyl) phosphine (TCEP) | Sigma-Aldrich | C4706-10g | |
| 2 mL (3mL) Norm Ject (syringes) | Henke Sass Wolf | 4020.000V0 | |
| Fine-Ject needles for single use (yellow 0.9 x 40 mm) | Henke Sass Wolf | 4710009040 | |
| Caesium chloride 99.999% Ultra Quality | Roth | 8627.1 | |
| Silica gel beads | Applichem | A4569.2500 | |
| Methoxypolyethylene glycol maleimide – 750 (PEG mal-750) | Iris Biotech | store in silica gel beads at -80 °C | |
| 13.2 mL Ultra Clear Ultracentrifuge Tubes | Beckman Coulter | 344059 | only open in hood |
| PD-10 size exclusion chromatography column | GE Healthcare | 17-0851-01 | store at 4 °C |
| Hepes | AppliChem | A1069.1000 | |
| SDS Ultrapure | AppliChem | A1112,0500 | |
| Glycerol | AppliChem | A1123.1000 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material for cell-culture | |||
| DPBS | PAN Biotech | P04-36500 | |
| DMEM | PAN Biotech | P04-03590 | |
| Trypsin/EDTA | PAN Biotech | P10-0231SP | |
| FBS Good | PAN Biotech | P40-37500 | |
| Penicillin/Streptomycin | PAN Biotech | P06-07100 | |
| Biosphere Filter Tips (various sizes) | Sarstedt | ||
| Serological Pipettes (various sizes) | Sarstedt | ||
| reaction tubes (various sizes) | Sarstedt | ||
| TC plates 15cm | Sarstedt | 83.3903 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material for silver staining protocol | |||
| Methanol | J.T.Baker | 8045 | |
| Ethanol absolute | AppliChem | 1613,2500PE | |
| Acetic Acid | AppliChem | A0820,2500PE | |
| Formaldehyde 37% | AppliChem | A0877,0250 | |
| Ethanol absolute | AppliChem | A1613,2500PE | |
| Sodium thiosulfate | AppliChem | 1,418,791,210 | |
| Silver nitrate | AppliChem | A3944.0025 | |
| Sodium carbonate | AppliChem | A3900,0500 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Special Lab Equipment | |||
| Desiccator | Nalgene | 5311-0250 | |
| Megafuge 40 | Heraeus | ||
| Roter for Megafuge TX750 + Adapter andLlids for 500 mL tubes | Heraeus | ||
| Water bath | Conventional | ||
| Ultracentrifuge e.g. Optima XPN-80 | Beckman Coulter | ||
| suitable Ultrazentrifuge Rotor e.g. SW41 | Beckman Coulter | ||
| pH -Meter | Conventional | ||
| Stand with clamps | Conventional | ||
| Goose neck lamp | Conventional | ||
| Over-head rotor | Conventional | ||
| Thermal Block | Conventional | ||
| Photometer (OD 260) | Conventional |
Referências
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