Evaluación de la eficacia y la toxicidad de los ARN del VIH-1 Orientación de la producción para uso en terapia génica o de drogas
Summary
Methods to evaluate the efficacy and toxicity of RNA molecules targeting post-integration steps of the HIV-1 replication cycle are described. These methods are useful for screening new molecules and optimizing the format of existing ones.
Abstract
Small RNA therapies targeting post-integration steps in the HIV-1 replication cycle are among the top candidates for gene therapy and have the potential to be used as drug therapies for HIV-1 infection. Post-integration inhibitors include ribozymes, short hairpin (sh) RNAs, small interfering (si) RNAs, U1 interference (U1i) RNAs and RNA aptamers. Many of these have been identified using transient co-transfection assays with an HIV-1 expression plasmid and some have advanced to clinical trials. In addition to measures of efficacy, small RNAs have been evaluated for their potential to affect the expression of human RNAs, alter cell growth and/or differentiation, and elicit innate immune responses. In the protocols described here, a set of transient transfection assays designed to evaluate the efficacy and toxicity of RNA molecules targeting post-integration steps in the HIV-1 replication cycle are described. We have used these assays to identify new ribozymes and optimize the format of shRNAs and siRNAs targeting HIV-1 RNA. The methods provide a quick set of assays that are useful for screening new anti-HIV-1 RNAs and could be adapted to screen other post-integration inhibitors of HIV-1 replication.
Introduction
Una limitación de los actuales tratamientos para el VIH-1 es que deben ser administrados crónicamente para prevenir la progresión de la enfermedad. Trasplante de VIH-1 resistentes a los linfocitos T, o células madre hematopoyéticas, tiene el potencial de proporcionar el control a largo plazo del VIH-1 de replicación en ausencia de la terapia con medicamentos 1,2 y también puede ser un enfoque eficaz para alcanzar una cura de VIH-1 3. Una forma de hacer que las células resistentes al VIH-1 de replicación es insertar uno o más genes que codifican anti-VIH-1 ARN o péptidos en células de un individuo infectado durante un trasplante autólogo 4. Varios genes candidatos anti-VIH-1 han sido diseñados con algunos ensayos clínicos que entran en combinaciones de dos o tres 5 6, para prevenir el desarrollo de resistencia del VIH-1 a un solo gen.
Anti-VIH-1 ARN se encuentran entre los mejores candidatos para la terapia génica de combinación debido a su bajo potencial para provocar respuestas inmunes y porquese transcriben a partir de secuencias de genes muy cortos. Algunos ARN anti-VIH-1 se han diseñado para actuar sobre la entrada y la integración viral. Sin embargo, la mayoría de los anti-VIH-1 ARN diana pasos posteriores a la integración en el ciclo de vida viral (Figura 1). Inhibidores de la post-integración incluyen ARN señuelo, apuntando a los VIH-1 proteínas reguladoras Tat o Rev 1, y ARN antisentido basados en, dirigidos a diferentes sitios en el VIH-1 ARN, como las ribozimas 7, 8 y shRNAs U1i ARNs 9. Los métodos que se han utilizado para comparar la eficacia de los anti VIH-1 ARN incluyen la supervisión de la replicación viral en las células transducidas con genes que codifican para los ARN candidatos y medición de la producción viral en células transfectadas transitoriamente con plásmidos que expresan ARN candidatos y un plásmido de expresión del VIH-1 10 -13. Hemos utilizado anteriormente un ensayo de producción de VIH-1 para detectar el VIH-1 RNA para el nuevo ribozima sitios diana 13-15. Estos métodos ya se han refinado para optimizar el formato de un ARNmolécula de interferencia expresa a partir de ADN plásmido como un shRNA o entregada como un ARNsi sintético 16. El ensayo mide la producción de virus maduros a partir de células 293T de riñón embrionario (HEK) humanos, y se puede utilizar para comparar los efectos de los inhibidores que se dirigen a pasos posteriores a la integración en el ciclo de replicación del VIH-1 (Figura 1). Para inhibidores que se dirigen a los pasos de pre-integración, se necesitan ensayos alternativos, tales como un ensayo de infectividad celular TZM-bl 17 para evaluar la eficacia antiviral.
Las principales preocupaciones de seguridad para la entrega de los anti-VIH-1 ARN en la clínica incluyen los posibles efectos fuera de la meta de ARN o proteínas humanas, y la activación de sensores inmune innata. Para evaluar la toxicidad de anti-HIV-1 siRNAs, hemos utilizado un ensayo de viabilidad celular en diferentes líneas celulares 16. También se midió la activación de los sensores inmunes de ARN bicatenario, ARN proteína quinasa activada por R (PKR) y Toll like receptor 3 (TLR3), así como exsión del gen de interferón estimulado, p150 ADAR1. Estos ensayos se pueden usar para confirmar que la eficacia de anti-HIV-1 ARN no se debe a efectos indirectos sobre la viabilidad celular o la activación inmune sensor. También son útiles en la exclusión de los ARN candidatos con los potenciales efectos tóxicos de un mayor desarrollo.
En los siguientes protocolos, procedimientos para identificar nuevos ARN terapéuticas y optimizar el formato de los existentes se describen. Los métodos son útiles para los inhibidores de la post-integración basadas ARN de detección de VIH-1 de replicación y pueden ser adaptados a la pantalla de otros inhibidores de la post-integración, tales como pequeñas moléculas de direccionamiento Rev exportación mediada por ARN viral 18 o CRISPR / sistemas de Cas diseñados para dirigir integrada VIH-1 DNA 19.
Protocol
Representative Results
Discussion
El ensayo de la producción de VIH-1 descrito se realizó utilizando células HEK293T (Figura 2) y es similar a los ensayos utilizados para la detección de VIH-1 RNA de ribozima eficaz 13, shRNA 10,29, siRNA 30, y ARN U1i sitios 11,31 objetivo. El uso de diferentes métodos para cuantificar la producción de VIH-1, la mayoría de estudios han medido la producción viral 48 horas después de la co-transfección de un plásmido de expresión de VIH-1 con los AR…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El trabajo presentado aquí fue apoyada por los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (CIHR) (otorga DCB-120266, PPP-133377 y 348967 a HBF-AG).
Materials
| DMEM HyClone | GE Healthcare | SH30243.01 | |
| FBS HyClone | GE Healthcare | SH30396.03 | |
| Penicillin/Streptomycin Gibco | Thermo Fisher | 15140-122 | |
| Cell culture plates, 96 well, 24 well, 6 well. | Corning | 353075, 353047, 353043 | |
| Micro tubes Axygen | Corning | 311-08-051 | |
| Low molecular weight Poly I:C | InvivoGen | 3182-29-6 | |
| DharmaFECT-1 | Dharmacon | T-2001-01 | transfection reagent for synthetic RNAs |
| TransIT-LT1 | Mirus | MIR 2300 | transfection reagent for RNA expression plasmids |
| Nonidet P40 (NP-40) | USB | 19628 | |
| [32P]dTTP | Perkin Elmer | BLU505H | |
| poly(A) RNA template | Sigma-Aldrich | 10108626001 | |
| oligo(dT)12-18 DNA primer | Thermo Fisher | 18418-012 | |
| DEAE filtermat paper | Perkin Elmer | 1450-522 | |
| Microplate scintillation counter | Perkin Elmer | 1450-024 | |
| MTT | Sigma-Aldrich | M-2128 | |
| DPBS HyClone | GE Healthcare | SH30028.02 | |
| Microplate spectrophotometer | Bio-rad | 1706930 | |
| Lysis buffer tablets | Roche | 4693159001, 4906837001 | protease and phosphatase inhibitors |
| Microcentrifuge | Eppendorf | 5415R | |
| Bradford reagent | Bio-rad | 500-0006 | |
| Gel running chamber | Hoefer | SE600 | |
| Semi-dry transfer cell | Bio-rad | 1703940 | |
| Protein ladder EZ-Run | Thermo Fisher | BP3603-500 | |
| Nitrocellulose membrane | Bio-rad | 162-0094 | |
| BSA | Sigma-Aldrich | A9647-1006 | |
| Antibody stripping solution | Millipore | 2504 | |
| ECL – Pierce | Thermo Fisher | PI32106 | |
| ADAR1 antibody | from Dr. B.L. Bass | ||
| phospho-T446-PKR antibody | Abcam | ab32036 | |
| phospho-S396-IRF3 antibody | Cell Signaling | 4947 | |
| PKR antibody | from Dr. A. Hovanessian | ||
| IRF3 antibody | Cell Signaling | 11904 | |
| Actin antibody | Millipore | MAB1501 | |
| Peroxidase-labeled goat anti-rabbit | KPL | 474-1506 | |
| Peroxidase-labeled goat anti-mouse | KPL | 474-1806 | |
| Ponceau S | Sigma-Aldrich | 6226-79-5 |
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