JoVE Journal > Immunology and Infection
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Immunology and Infection

Assay הרגיש ביותר למדידה של Attachment Arenavirus התאים

Published: March 02, 2016
doi:
10.3791/53682
,
1Department of Medicine, Division of Immunobiology,University of Vermont, 2Department of Microbiology & Molecular Genetics,University of Vermont

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

Arenaviruses הם משפחה של מעטפת, וירוסים RNA חד-גדילי שנשמרים בעיקר במכרסמים בטבע 1-3. בעוד וירוסים אלה בדרך כלל להקים זיהום אסימפטומטית, עיקש במאגרי מכרסם 1,2, הם יכולים לגרום למחלות קשות בבני אדם 3. מיני פתוגניים חשובים לכלול את וירוס העולם החדש חונין ​​(JUNV) 4 ואת העולם הישן לסה הווירוס 5, אשר הם סוכני האטיולוגי של קדחת מדממת ארגנטינית בדרום אמריקה קדחת לסה באפריקה, בהתאמה. וירוס choriomeningitis לימפוציטית (LCMV), וירוס אב הטיפוס של המשפחה 6, נפוץ ברחבי עולם ואחראי על מגוון של מצב מחלה כולל דלקת קרום מוח אצל אנשים עם מערכת חיסון תקין 6, למומים מולדים חמורים בעובר 7 מתפתח, או קטלנית גבוה immunosuppressed אנשים הבאים 8,9 השתלה מוצק איברים. חוסר ארצות הבריתמזון ותרופות (FDA) -approved חיסונים או antivirals היעילה להילחם וירוסים אלה מדגישים את הצורך הקריטי לפתח אסטרטגיות רומן למקד אלה מתעוררים / מחדש המתעוררים פתוגנים טיפוליים.

הגנום arenavirus מורכב משני המגזרים RNA חד-גדילי, גדול (L) (~ 7.2 kb) וקטנים (S) (~ 3.6 kb) מגזרי 10. מגזר S המקודד את nucleoprotein ויראלי (NP) ו גליקופרוטאין המעטפה (GP) בעוד קטע L מקודד פולימראז ויראלי (L) וחלבון מטריקס (Z). The L ומגזרי RNA S גנומי (vRNAs) ארוזים לתוך virions 10-12. השלב הראשוני של זיהום arenavirus הוא מצורף של חלקיקים נגיפיים לארח התאים דרך אינטראקציה בין GP ויראלי קולטני התא המארח המתאים אשר עבור JUNV, כולל קולטן transferrin האדם 1 (hTfR1) 13,14. בעקבות עיקול, חלקיקים JUNV נלקחים לתוך התא באמצעות אנדוציטוזה בתיווך clathrin 15.חלקיקים אז תנועה אל אנדוזום מאוחר שבו pH הנמוך של תא זה מעורר את ההפעלה של GP 16,17. לאחר ההפעלה, מוסיף פפטיד היתוך בקידוד GP לתוך קרום endosomal, ייזום היתוך בין ממברנות ויראלי endosomal. תוצאות היתוך מוצלחות שחרורו של vRNAs ארוז virion לתוך הציטופלסמה, שם הם משרתים כתבניות שכפולות שעתוק הגנומי. כאשר כמויות מספיקות של חלבונים מבניים ויראלי vRNAs נוצרות, חלקיקים חדשים להרכיב ניצן מהתא הנגוע כדי להשלים את מחזור החיים 18.

כדי להקל על גילוי האסטרטגיות חדשות כדי למקד את arenaviruses פתוגניים טיפולי, הקבוצה שלנו התמקדה בזיהוי גורמים מארחים כי הם קריטיים עבור התפשטות נגיף, אבל אפשר לוותר עליהן עבור המארחת. בהקשר זה, המגדיר את הבמה המדויקת (ים) של מחזור החיים של הנגיף נשלט על ידי גורמי מארח שכזו נדרשת בכדי להנחות אתפיתוח של אסטרטגיות נגיפים. בזאת, אנו מתארים assay כמותית (q) RT-PCR מבוסס כי ניתן להשתמש כדי למדוד מצורף arenavirus תאים לצורך זיהוי אם חלבונים מארחים נבחרים ו / או מולקולות אנטי להשפיע בשלב ראשוני זה של כניסה ויראלי 19. גישות חלופיות למדידת מצורף arenavirus תאים כיכבו virions שכותרתו עם ביוטין 20, צבעי ניאון 21, או איזוטופים רדיואקטיביים 22. חסרונות שיטות אלה יכולים לכלול את הדרישה עבור כמויות גדולות של וירוס קלט (למשל multiplicities גבוהה של זיהום (משרד פנים)), שימוש רדיואקטיביות, ו / או צעדי טיפול נוספים להכנת וירוס קלט (למשל ריכוז ו / או תיוג של וירוס) . בפרט, השימוש גבוה משרד פנים מקשה להבחין פרודוקטיבי לעומת אירועים מצורפים פרודוקטיבי 15,23. את assay qRT-PCR המבוסס המתואר כאן ניתן לזהות אירועים מצורפים באמצעות כמה כמו 20 פלאק עבוריחידות מינג (PFUs) של הנגיף, אשר מיתרגם משרד הפנים של 0.0004 עבור צלחת 48-היטב. לכן, הרגישות החזקה של assay מתגברת על הדרישה גבוהה משרד פנים וכן כל צעדי תיוג וירוס או ריכוז. יתר על כן, assay יכול להיות אני) מותאם למדוד אנדוציטוזה virion וכן שחרורו של הגנום וירוס לתוך הציטופלסמה הבא פיוז'ן ii) מותאם לשימוש עם וירוסים אחרים באמצעות הפיתוח של חומרים כימיים qRT-PCR ספציפי וירוס (לדוגמות, ראה 24-27).

Protocol

הערה: זה קריטי, כי הפרוטוקול המתואר להתבצע באמצעות טכניקה מראש PCR קפדנית (ראה 28 עבור סקירה מצויינת על איך להקים מעבדה טרום PCR וכיצד לבצע ניסויים באמצעות טכניקה מראש PCR טוב). זה הכרחי כי כל חומרים כימיים וציוד חופשיים של DNA מוגבר המכיל את רצף היעד qPCR וכי הבקרות המתאימות נמצאים ?…

Representative Results

כדי להגיע לרגישות וטווח דינמי של assay qPCR, כמויות ידועות של פלסמיד המקודד את הגן NP של # 1 JUNV C (טווח 5-5 x 10 7 עותקים) היו נתונים qPCR כמפורט בסעיף 4 לפרוטוקול. Assay הוא רגיש והוא יכול לזהות באופן מהימן מעטים ככל 5 עותקים של חומצת גרעין היעד (איור 2). י…

Discussion

הפרוטוקול אנו מתארים הוא פשוט וחזקים בתנאי השיקולים הקריטיים הבאים הם נצפו. ראשית, טכניקה מראש PCR קפדנית חייבת להיות מועסקת (ראה 28 לבחינה מעולה). זה הכרחי כי כל חומרים כימיים וציוד חופשיים של DNA מוגבר המכיל את רצף היעד qPCR וכי הבקרות המתאימות נמצאים במקום כדי לזהו?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו מודים מרקוס טאלי, נתן רועי, כריסטופר זיגלר, אמילי ברוס, ובנימין המלך לדיונים מועילים לבין המכון הלאומי לבריאות לתמיכה במחקרים אלה באמצעות מענקים T32 AI055402 (JK), R21 AI088059 (JB), ו 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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

ArenavirusVirus AttachmentVirus EndocytosisVirus FusionVero E6 CellsJunin Candid 1 VirusFocus Forming UnitsPlaque Forming UnitsRNA IsolationCell Lysis
check_url/53682?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image