Summary

Meget følsom analyse for måling af arenavirus-celle Attachment

Published: March 02, 2016
doi:

Summary

The first step in the arenavirus life cycle is attachment of viral particles to host cells. We report a quantitative (q)RT-PCR-based assay for ultrasensitive detection and quantitation of arenavirus attachment events.

Abstract

Arenaviruses are a family of enveloped RNA viruses that cause severe human disease. The first step in the arenavirus life cycle is attachment of viral particles to host cells. While virus-cell attachment can be measured through the use of virions labeled with biotin, radioactive isotopes, or fluorescent dyes, these approaches typically require high multiplicities of infection (MOI) to enable detection of bound virus. We describe a quantitative (q)RT-PCR-based assay that measures Junin virus strain Candid 1 attachment via quantitation of virion-packaged viral genomic RNA. This assay has several advantages including its extreme sensitivity and ability to measure attachment over a large dynamic range of MOIs without the need to purify or label input virus. Importantly, this approach can be easily tailored for use with other viruses through the use of virus-specific qRT-PCR reagents. Further, this assay can be modified to permit measurement of particle endocytosis and genome uncoating. In conclusion, we describe a simple, yet robust assay for highly sensitive measurement of arenavirus-cell attachment.

Introduction

Arenavirus er en familie af kappeklædte, enkeltstrengede RNA-vira, der vedligeholdes primært i gnavere i naturen 1-3. Mens disse vira typisk etablere en asymptomatisk, vedvarende infektion i gnavere reservoirer 1,2, kan de forårsage alvorlig sygdom hos mennesker 3. Vigtige patogene arter omfatter den nye verden Junin virus (JUNV) 4 og den gamle verden Lassa virus 5, som er de ætiologiske agenter for argentinsk hæmoragisk feber i Sydamerika og Lassa feber i Afrika, hhv. Lymfocytisk choriomeningitis virus (LCMV), det prototypiske virus af familien 6, har en verdensomspændende distribution og er ansvarlig for en række sygdomstilstande, herunder aseptisk meningitis hos immunkompetente individer 6, alvorlige fødselsdefekter i det udviklende foster 7, eller høj dødelighed hos immunsupprimerede individer efter fast organtransplantation 8,9. Manglen på USAFood and Drug Administration (FDA) -godkendte vacciner eller effektive antivirale midler til at bekæmpe disse vira fremhæver det kritiske behov for at udvikle nye strategier til terapeutisk målrettet disse nye / re-nye patogener.

Den arenavirus genomet består af to enkeltstrengede RNA-segmenter, den store (L) (~ 7.2 kb) og lille (S) (~ 3,6 kb) segmenter 10. S-segmentet koder for den virale nukleoprotein (NP) og kappeglycoprotein (GP), mens L-segmentet koder for den virale polymerase (L) og matrix protein (Z). S genomiske RNA-segmenter (vRNA'er) L og er pakket i virioner 10-12. Det indledende trin af arenavirus infektion er binding af virale partikler til værtsceller via en interaktion mellem det virale GP og dens tilsvarende værtscellereceptorer som for JUNV, indbefatter den humane transferrin-receptor 1 (hTfR1) 13,14. Efter fastgørelse bliver JUNV partikler suges ind i cellen via clathrin endocytose 15.Partikler derefter trafikdata til den sene endosom, hvor den lave pH af dette rum udløser aktiveringen af GP 16,17. Når den er aktiveret, GP-kodet fusionspeptiddele indsatserne i den endosomale membran, indledning fusion mellem de virale og endosomale membraner. Vellykket fusion resulterer i frigivelse af virion-emballerede vRNA'er ind i cytoplasmaet, hvor de tjener som templates for genomisk replikation og transkription. Når tilstrækkelige mængder af virale strukturelle proteiner og vRNA'er genereres, nye partikler samle og knop fra den inficerede celle for at fuldføre livscyklus 18.

For at lette opdagelsen af ​​nye strategier til terapeutisk målrette patogene arenavirus har vores gruppe fokuseret på identifikation af værten faktorer, der er afgørende for virus formering, men undværes for værten. I denne forbindelse definerer den præcise fase (r) af den virale livscyklus kontrolleres af sådanne vært faktorer er nødvendige for at styreudvikling af antivirale strategier. Heri beskriver vi en kvantitativ (q) RT-PCR-baseret assay, der kan anvendes til at måle arenavirus-cellebinding til at identificere, om udvalgte værtsproteiner og / eller antivirale molekyler påvirke denne indledende fase af viral indtrængen 19. Alternative metoder til at måle arenavirus-cellebinding har featured virioner mærket med biotin 20, fluorescerende farvestoffer 21, eller radioaktive isotoper 22. Ulemper ved disse fremgangsmåder kan indbefatte kravet om store mængder input-virus (f.eks høje infektionsmultipliciteter (MOI)), anvendelse af radioaktivitet, og / eller yderligere håndteringstrin at forberede input virus (fx koncentration og / eller mærkning af virus) . Især brugen af høje MOI gør det vanskeligt at skelne produktiv versus uproduktive vedhæftede begivenheder 15,23. Det QRT-PCR-baseret assay er beskrevet her, kan detektere vedhæftede begivenheder bruge så få som 20 plak forMing enheder (PFU) af virus, hvilket svarer til en MOI på 0,0004 for en 48-brønds plade. Derfor er den stærke følsomheden af ​​analysen overvinder kravet om højt MOI samt eventuelle virus mærkning eller koncentrering. Endvidere kan assayet være i) indrettet til at måle virion endocytose samt frigivelse af virus-genomet ind i cytoplasmaet efter fusion og ii) skræddersyet til anvendelse med andre virus gennem udvikling af virusspecifikke QRT-PCR-reagenser (for eksempler, se 24-27).

Protocol

Bemærk: Det er afgørende, at den beskrevne protokol udføres med streng præ-PCR-teknik (se 28 for en fremragende overblik over, hvordan at oprette en præ-PCR laboratorium og hvordan man udføre eksperimenter ved hjælp god pre-PCR-teknik). Det er bydende nødvendigt, at alle reagenser og udstyr er fri for amplificeret DNA, der indeholder qPCR målsekvensen og at passende kontroller er på plads til at opdage en sådan forurening. En oversigt over protokollen er vist i figur 1. 1. Fo…

Representative Results

For at demonstrere følsomhed og dynamiske område af qPCR assay blev kendte mængder af et plasmid, der koder for NP-genet af JUNV C # 1 (interval 5-5 x 10 7 kopier) udsat for qPCR, som beskrevet i afsnit 4 i protokollen. Assayet er følsomt og kan detektere så få som 5 kopier af målnucleinsyren (figur 2). Endvidere dynamisk område for analysen er stort og, som vist i figur 2, kan omfatte mindst 7 logfiler over skabelonen. Mens ikke er vi…

Discussion

Protokollen beskriver vi er ligetil og robust forudsat følgende kritiske overvejelser overholdes. For det første skal en streng pre-PCR-teknik anvendes (se 28 for en fremragende anmeldelse). Det er bydende nødvendigt, at alle reagenser og udstyr er fri for amplificeret DNA, der indeholder qPCR målsekvensen og at passende kontroller er på plads til at opdage en sådan forurening. For det andet, for at virus-cellebinding del af protokollen, virus, celler, og medierne skal holdes på 4 ° C for at forhindre…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker Markus Thali, Nathan Roy, Christopher Ziegler, Emily Bruce, og Benjamin konge for nyttige diskussioner og National Institutes of Health til støtte for disse undersøgelser gennem tilskud T32 AI055402 (JK), R21 AI088059 (JB), og P20RR021905 (JB) .

Materials

DMEM Life Technologies 11965-118
Penicillin-Streptomycin Life Technologies 15140-163 100x
HEPES Buffer Solution Life Technologies 15630-130 100x
PBS pH 7.4 Life Technologies 10010-023 1x
Vero E6 cells American Type Culture Collection CRL-1586
Costar 48-well plate Corning 3548
RNeasy mini kit Qiagen 74106 do not mix buffers RLT or  RW1 with bleach
QIAshredder homogenizer Qiagen 79654
Taqman Universal PCR Master Mix Life Technologies 4326614
Multiscribe Reverse Transcriptase (50U/µl) Life Technologies 4311235
dNTP Mixture (10 mM; 2.5 mM each dNTP) Life Technologies N808-0260
GeneAmp 10X PCR Buffer II and 25 mM MgCl2 solution Life Technologies N808-0010
RNase Inhibitor (5000U/100 µl) Life Technologies N808-0119
RT primer 5’-AAGGGTTTAAAAATGGTAGCAGAC-3’ Integrated DNA Technologies 250 nmol DNA oligo standard desalting
Forward qPCR primer  5’-CATGGAGGTCAAACAACTTCCT-3’ Life Technologies 4304971 standard desalting
Reverse qPCR primer 5’-GCCTCCAGACATGGTTGTGA-3’ Life Technologies 4304971 standard desalting
TaqMan Probe 5’-6FAM-ATGTCATCGGATCCTT-MGBNFQ-3’ Life Technologies 4316033 HPLC purified
MicroAmp Fast Optical 96-well reaction plate (0.1 mL) Life Technologies 4346906
StepOnePlus Real-Time PCR System Life Technologies 4376598 or other qPCR instrument

References

  1. Childs, J. C., Peters, C. J., Salvato, M. S. . The Arenaviridae. , 331-373 (1993).
  2. Salazar-Bravo, J., Ruedas, L. A., Yates, T. L. Mammalian reservoirs of arenaviruses. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 262, 25-63 (2002).
  3. Buchmeier, M. J., de la Torre, J. C., Peters, C. J., Knipe, D. M., et al. Ch. 50. Fields Virology. 2, 1791-1827 (2007).
  4. Parodi, A. S., et al. Sobre la etiologia del brote epidemico de Junin (Nota previa). Dia Medico. 30, (1958).
  5. Frame, J. D., Baldwin, J. M., Gocke, D. J., Troup, J. M. Lassa fever, a new virus disease of man from West Africa. I. Clinical description and pathological findings. Am. J. Trop. Med. Hyg. 19, 670-676 (1970).
  6. Buchmeier, M. J., Zajac, A. J. . Lymphocytic Choriomenigitis Virus. , (1999).
  7. Barton, L. L., Mets, M. B., Beauchamp, C. L. Lymphocytic choriomeningitis virus: emerging fetal teratogen. Am. J. Obstet. Gynecol. 187, 1715-1716 (2002).
  8. Fischer, S. A., et al. Transmission of lymphocytic choriomeningitis virus by organ transplantation. N. Engl. J. Med. 354, 2235-2249 (2006).
  9. Palacios, G., et al. A new arenavirus in a cluster of fatal transplant-associated diseases. N. Engl. J. Med. 358, 991-998 (2008).
  10. Meyer, B. J., de la Torre, J. C., Southern, P. J. Arenaviruses: genomic RNAs, transcription, and replication. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 262, 139-157 (2002).
  11. Meyer, B. J., Southern, P. J. Sequence heterogeneity in the termini of lymphocytic choriomeningitis virus genomic and antigenomic RNAs. J. Virol. 68, 7659-7664 (1994).
  12. Haist, K., Ziegler, C., Botten, J. Strand-Specific Quantitative Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction Assay for Measurement of Arenavirus Genomic and Antigenomic RNAs. PLoS One. 10, e0120043 (2015).
  13. Radoshitzky, S. R., et al. Transferrin receptor 1 is a cellular receptor for New World haemorrhagic fever arenaviruses. Nature. 446, 92-96 (2007).
  14. Martinez, M. G., et al. Utilization of human DC-SIGN and L-SIGN for entry and infection of host cells by the New World arenavirus, Junin virus. Biochem. Biophys. Res. Commun. 441, 612-617 (2013).
  15. Martinez, M. G., Cordo, S. M., Candurra, N. A. Characterization of Junin arenavirus cell entry. J. Gen. Virol. 88, 1776-1784 (2007).
  16. Martinez, M. G., Forlenza, M. B., Candurra, N. A. Involvement of cellular proteins in Junin arenavirus entry. Biotechnol J. 4, 866-870 (2009).
  17. Nunberg, J. H., York, J. The Curious Case of Arenavirus Entry, and Its Inhibition. Viruses. 4, 83-101 (2012).
  18. Botten, J., King, B., Klaus, J., Zielger, C. . Viral Hemorrhagic Fevers. , 233-260 (2013).
  19. Klaus, J. P., et al. The intracellular cargo receptor ERGIC-53 is required for the production of infectious arenavirus, coronavirus, and filovirus particles. Cell Host Microbe. 14, 522-534 (2013).
  20. Rojek, J. M., Perez, M., Kunz, S. Cellular entry of lymphocytic choriomeningitis virus. J. Virol. 82, 1505-1517 (2008).
  21. Lavanya, M., Cuevas, C. D., Thomas, M., Cherry, S., Ross, S. R. siRNA screen for genes that affect Junin virus entry uncovers voltage-gated calcium channels as a therapeutic target. Sci Transl Med. 5, 204ra131 (2013).
  22. Ellenberg, P., Edreira, M., Scolaro, L. Resistance to superinfection of Vero cells persistently infected with Junin virus. Arch. Virol. 149, 507-522 (2004).
  23. Brandenburg, B., et al. Imaging poliovirus entry in live cells. PLoS Biol. 5, e183 (2007).
  24. Petersen, J., et al. The Major Cellular Sterol Regulatory Pathway Is Required for Andes Virus Infection. PLoS pathogens. 10, e1003911 (2014).
  25. Jonsson, N., Gullberg, M., Israelsson, S., Lindberg, A. M. A rapid and efficient method for studies of virus interaction at the host cell surface using enteroviruses and real-time PCR. Virol J. 6, 217 (2009).
  26. Jiang, J., et al. Hepatitis C virus attachment mediated by apolipoprotein E binding to cell surface heparan sulfate. J. Virol. 86, 7256-7267 (2012).
  27. Shannon-Lowe, C., et al. Epstein-Barr virus-induced B-cell transformation: quantitating events from virus binding to cell outgrowth. J. Gen. Virol. 86, 3009-3019 (2005).
  28. Mifflin, T. E. Setting up a PCR laboratory. CSH Protoc. 2007, pdb top14 (2007).
  29. Maiztegui, J. I., et al. Protective efficacy of a live attenuated vaccine against Argentine hemorrhagic fever. AHF Study Group. J. Infect. Dis. 177, 277-283 (1998).
  30. Goni, S. E., et al. Genomic features of attenuated Junin virus vaccine strain candidate. Virus Genes. 32, 37-41 (2006).
  31. Chosewood, L. C., Wilson, D. E. . Biosafety in microbiological and biomedical laboratories. , (2009).
  32. White, J., Matlin, K., Helenius, A. Cell fusion by Semliki Forest, influenza, and vesicular stomatitis viruses. J. Cell Biol. 89, 674-679 (1981).
  33. McGraw, T. E., Greenfield, L., Maxfield, F. R. Functional expression of the human transferrin receptor cDNA in Chinese hamster ovary cells deficient in endogenous transferrin receptor. J. Cell Biol. 105, 207-214 (1987).
  34. Borrow, P., Oldstone, M. B. Characterization of lymphocytic choriomeningitis virus-binding protein(s): a candidate cellular receptor for the virus. J. Virol. 66, 7270-7281 (1992).
  35. Rojek, J. M., Spiropoulou, C. F., Kunz, S. Characterization of the cellular receptors for the South American hemorrhagic fever viruses Junin, Guanarito, and Machupo. 346. , 476-491 (2006).
  36. Helguera, G., et al. An antibody recognizing the apical domain of human transferrin receptor 1 efficiently inhibits the entry of all new world hemorrhagic Fever arenaviruses. J. Virol. 86, 4024-4028 (2012).
  37. Sanchez, A., et al. Junin virus monoclonal antibodies: characterization and cross-reactivity with other arenaviruses. J. Gen. Virol. 70, 1125-1132 (1989).
  38. Trombley, A. R., et al. Comprehensive panel of real-time TaqMan polymerase chain reaction assays for detection and absolute quantification of filoviruses, arenaviruses, and New World hantaviruses. Am. J. Trop. Med. Hyg. 82, 954-960 (2010).
  39. Helenius, A., Marsh, M., White, J. Inhibition of Semliki forest virus penetration by lysosomotropic weak bases. J. Gen. Virol. 58 (Pt 1), 47-61 (1982).
  40. Nour, A. M., Li, Y., Wolenski, J., Modis, Y. Viral membrane fusion and nucleocapsid delivery into the cytoplasm are distinct events in some flaviviruses. PLoS pathogens. 9, e1003585 (2013).
check_url/53682?article_type=t&slug=highly-sensitive-assay-for-measurement-of-arenavirus-cell-attachment

Play Video

Cite This Article
Klaus, J. P., Botten, J. Highly Sensitive Assay for Measurement of Arenavirus-cell Attachment. J. Vis. Exp. (109), e53682, doi:10.3791/53682 (2016).

View Video