जीनोम चौड़ा RNAi स्क्रीनिंग मेजबान कारकों है कि Oncolytic वायरस थेरेपी मिलाना की पहचान करने के लिए
Summary
यहां हम उच्च प्रवाह RNAi स्क्रीनिंग को रोजगार के लिए मेजबान लक्ष्य है कि oncolytic वायरस चिकित्सा, विशेष रूप से rhabodvirus और vaccinia वायरस चिकित्सा बढ़ाने के हेरफेर किया जा सकता है उजागर करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन है, लेकिन यह आसानी से अंय oncolytic के लिए अनुकूलित किया जा सकता है वायरस प्लेटफार्मों या आम तौर पर वायरस प्रतिकृति मिलाना मेजबान जीन की खोज के लिए.
Abstract
उच्च प्रवाह जीनोम-वाइड RNAi (आरएनए हस्तक्षेप) स्क्रीनिंग प्रौद्योगिकी व्यापक रूप से होस्ट कारकों है कि प्रभाव वायरस प्रतिकृति की खोज के लिए इस्तेमाल किया गया है । यहां हम मेजबान लक्ष्य है कि विशेष रूप से Maraba वायरस, एक oncolytic rhabdovirus, और चिकित्सा बढ़ाने के लक्ष्य के साथ vaccinia वायरस की प्रतिकृति मिलाना उजागर करने के लिए इस प्रौद्योगिकी के आवेदन प्रस्तुत करते हैं । जबकि प्रोटोकॉल oncolytic Maraba वायरस और oncolytic vaccinia वायरस के साथ प्रयोग के लिए परीक्षण किया गया है, इस दृष्टिकोण अन्य oncolytic वायरस के लिए लागू है और भी मेजबान लक्ष्य है कि में स्तनधारी कोशिकाओं में वायरस प्रतिकृति मॉडुलन की पहचान करने के लिए उपयोग किया जा सकता है सामान्य. इस प्रोटोकॉल स्तनधारी कोशिकाओं में उच्च प्रवाह RNAi स्क्रीनिंग के लिए एक परख के विकास और सत्यापन का वर्णन करता है, प्रमुख विचार और तैयारी एक प्राथमिक उच्च प्रवाह RNAi स्क्रीन के संचालन के लिए महत्वपूर्ण कदम है, और के लिए एक कदम दर कदम गाइड एक प्राथमिक उच्च प्रवाह RNAi स्क्रीन का आयोजन; इसके अलावा, यह मोटे तौर पर माध्यमिक स्क्रीन सत्यापन और तृतीयक सत्यापन अध्ययन के संचालन के लिए तरीकों की रूपरेखा । उच्च प्रवाह RNAi स्क्रीनिंग का लाभ यह है कि यह एक कैटलॉग करने के लिए अनुमति देता है, एक व्यापक और निष्पक्ष फैशन में, मेजबान कारकों है कि वायरस प्रतिकृति के किसी भी पहलू है जो एक के लिए एक विकसित कर सकते है मॉडुलन के रूप में ऐसे infectivity के रूप में इन विट्रो परख, आकार फट, और cytotoxicity । यह वर्तमान ज्ञान के आधार पर अप्रत्याशित चिकित्सकीय लक्ष्यों को उजागर करने की शक्ति है ।
Introduction
उच्च प्रवाह जीनोम-वाइड RNAi स्क्रीनिंग वायरस जीव विज्ञान सहित अध्ययन के विविध क्षेत्रों में जैविक अंतर्दृष्टि खुलासा करने के लिए एक अमूल्य उपकरण साबित हो गया है । पिछले एक दशक से अधिक या तो, कई समूहों सेल आधारित बड़े पैमाने पर RNAi स्क्रीनिंग के लिए बड़े पैमाने पर मेजबान जीन है कि वायरस प्रतिकृति मॉडुलन की पहचान (1,2,3,4 में समीक्षा की गई , 5 , ६ , 7). दिलचस्प है, इन स्क्रीन की एक बड़ी संख्या में कैंसर की कोशिकाओं में आयोजित किया गया है और वायरस है कि वर्तमान oncolytic वायरस के साथ कई vaccinia वायरस8,9,10 सहित उंमीदवारों , Myxoma वायरस11, दाद सिंप्लेक्स वायरस12, vesicular stomatitis वायरस13,14, और Maraba वायरस15. हालांकि इन अध्ययनों के बहुमत का ध्यान मेजबान कारकों की पहचान है कि वायरस प्रतिकृति के कुछ पहलू को प्रभावित करने और oncolytic वायरस थेरेपी को बढ़ाने के लिए, मूल्यवान डेटा इन डेटा सेट से खनन किया जा सकता है पर नहीं है पर था इस संबंध में । यह स्पष्ट है कि शक्तिशाली क्षमता मेजबान लक्ष्य है कि oncolytic वायरस चिकित्सा को बढ़ाने के लिए हेरफेर किया जा सकता है की पहचान करने के लिए पूरी तरह से शोषण नहीं किया गया है ।
oncolytic वायरस प्लेटफार्मों की बहुतायत वर्तमान में दाद सिंप्लेक्स वायरस, reovirus और vaccinia वायरस है, जो देर चरण नैदानिक परीक्षणों में प्रत्यक्ष सफलता मिली है सहित पूर्व नैदानिक और नैदानिक अध्ययन में परीक्षण किया जा रहा है । इन प्लेटफार्मों के बहुमत के लिए, प्रयास करने के लिए चिकित्सा बढ़ाने के वायरस जीनोम फेरबदल की ओर निर्देशित किया गया है । उदाहरण के लिए, ट्यूमर विशिष्टता बढ़ाने के लिए, विशिष्ट वायरस जीन हटा दिया गया है या काफी सामान्य कोशिकाओं में वायरल प्रतिकृति प्रतिबंधित करने के लिए रूपांतरित, लेकिन ट्यूमर कोशिकाओं में नहीं. कुछ मामलों में, transgenes को प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया या NIS (सोडियम आयोडाइड symporter) शक्ति प्रदान करने के लिए जीएम-सीएसएफ (granulocyte मैक्रोफेज कॉलोनी-उत्तेजक फैक्टर) की तरह जोड़ा गया है vivo इमेजिंग और सेलुलर radioiodide में सक्षम करने के लिए उपचारात्मक प्रयोजनों. हालांकि, वहां बहुत कम मेजबान/ट्यूमर जीन जोड़ तोड़ और oncolytic वायरस प्रतिकृति पर मेजबान/ट्यूमर जीन के प्रभाव की खोज पर ध्यान केंद्रित काम किया गया है । उच्च प्रवाह स्क्रीनिंग प्रौद्योगिकी के आगमन के साथ, यह अब एक जीनोम पैमाने पर जांच मेजबान वायरस बातचीत करने के लिए संभव है और करने के लिए मेजबान जीनोम में हेरफेर करने के लिए oncolytic वायरस थेरेपी (16में समीक्षित में सुधार के अवसरों को समझने के लिए, 17,18).
हम पहले के सबूत का प्रदर्शन अध्ययन की रिपोर्ट उच्च प्रवाह आनुवंशिक स्क्रीनिंग का उपयोग करने के लिए मेजबान लक्ष्य है कि oncolytic वायरस चिकित्सा बढ़ाने के हेरफेर किया जा सकता है की पहचान के लिए अवधारणा । मेजबान जीन है कि Maraba वायरस oncolysis, एक oncolytic वर्तमान में चरण मैं और द्वितीय परीक्षण में परीक्षण किया जा रहा है, हम तीन अलग ट्यूमर सेल लाइनों भर में एक RNAi (लघु सेना आरएनए) के साथ डुप्लिकेट में जीनोम चौड़ा सिरना स्क्रीन आयोजित की खोज पुस्तकालय लक्ष्यीकरण १८,१२० जीन15। स्क्रीन में पहचान की हिट के मार्ग विश्लेषण एर (endoplasmic जालिका) तनाव प्रतिक्रिया रास्ते के सदस्यों के संवर्धन का पता चला । हम प्राथमिक स्क्रीन के उन लोगों से अलग लक्ष्यीकरण दृश्यों के साथ सिरना का उपयोग कर माध्यमिक सत्यापन के लिए इन रास्ते के भीतर 10 हिट का चयन किया. तृतीयक मांयता के भाग के रूप में, हम IRE1α के साथ एक बचाव प्रयोग (inositol-एंजाइम 1 अल्फा की आवश्यकता) की पुष्टि करने के लिए कि हिट लक्ष्य पर किया गया था आयोजित की । इन विट्रो में और vivo में IRE1α का एक छोटा सा अणु अवरोधक का उपयोग कर परीक्षण नाटकीय रूप से बढ़ाया oncolytic प्रभावकारिता के परिणामस्वरूप ।
Workenhe एट अल. 12 भी एक जीनोम-वाइड RNAi स्क्रीन का उपयोग कर एक परित lentiviral shRNA (लघु hairpin आरएनए) पुस्तकालय लक्ष्यीकरण १६,०५६ जीन मानव दाद सिंप्लेक्स वायरस प्रकार 1 (एचएसवी-1) उत्परिवर्ती KM100-मध्यस्थता oncolysis के सीमित कारकों की पहचान करने के लिए स्तन कैंसर की कोशिकाओं । प्राथमिक स्क्रीन में, वे 343 जीन की पहचान की पछाड़ना जो नकली संक्रमित कोशिकाओं पर KM100-संक्रमित कोशिकाओं के बढ़ाया cytotoxicity के लिए सीसा; वे माध्यमिक सत्यापन के लिए इन जीन के 24 का चयन किया । 24 जीनों में से, 8 जीन माध्यमिक स्क्रीन में उनमें से एक के साथ पुष्टि की गई SRSF2 जा रहा है (serine/arginine-अमीर ब्याह फैक्टर 2) जो बाद में तृतीयक सत्यापन के दौरान एक आनुवंशिक बचाव प्रयोग का उपयोग कर पुष्टि की थी । समूह के लिए एक डीएनए चतुर्थ तोपोइसोमेरसे अवरोध करनेवाला कीमोथेरेपी है कि SRSF2 के फास्फारिलीकरण कम की पहचान पर चला गया और पता चला कि इस अवरोधक के साथ एचएसवी-1 KM100 के संयोजन उपचार TUBO ट्यूमर असर चूहों के अस्तित्व को विस्तारित करने के लिए नेतृत्व.
aforementioned अध्ययन में, एक समान कार्यप्रवाह का पालन किया गया । प्रत्येक प्राथमिक जीनोम-वाइड RNAi स्क्रीन के साथ शुरू हुआ एक माध्यमिक स्क्रीन के द्वारा पीछा किया है की पहचान की हिट की संख्या का चयन करें प्राइमरी स्क्रीन में पहचाना । यह तृतीयक सत्यापन अध्ययन है, जो पुष्टि शामिल है कि हिट पर था परम मांयता के साथ इन विट्रो में आनुवंशिक बचाव प्रयोग प्रदर्शन से लक्ष्य vivo मेंलक्ष्य जीन उत्पाद जोड़ तोड़ द्वारा प्रदर्शन के बाद किया गया । इस अनुच्छेद में, हम पहले के विकास और सत्यापन के लिए एक सामांय प्रोटोकॉल प्रदान एक उच्च प्रवाह सिरना जांच परख है, जो इष्टतम अभिकर्मक शर्तों का निर्धारण शामिल है, वायरस की मात्रा, और संक्रमण की लंबाई । हम भी एक प्राथमिक एक उच्च प्रवाह सिरना स्क्रीन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से माध्यमिक स्क्रीन मांयता और तृतीयक मांयता प्रदर्शन के लिए विधि का एक समग्र विवरण के संचालन के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां हम उच्च प्रवाह RNAi स्क्रीनिंग को रोजगार के लिए मेजबान लक्ष्य है कि oncolytic वायरस चिकित्सा बढ़ाने के हेरफेर किया जा सकता है की पहचान के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद हैं । यह सफलतापूर्वक oncolytic Maraba वायरस और oncolytic vaccinia ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के कैंसर अनुसंधान के लिए ओंटारियो संस्थान, नवाचार के लिए कनाडा फाउंडेशन, ओटावा क्षेत्रीय कैंसर फाउंडेशन, और टेरी फॉक्स अनुसंधान संस्थान से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था । K.J.A. एक वाणी कनाडा स्नातक छात्रवृत्ति, स्वास्थ्य अनुसंधान के लिए एक कनाडाई संस्थान-मास्टर पुरस्कार, और एक ओंटारियो स्नातक छात्रवृत्ति द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Consumables | |||
| siRNA library | GE Dharmacon | G-005005-02 | |
| Corning 384-well plate | Corning | 3985 | |
| Falcon 384-well plate | Becton Dickinson | 353962 | |
| Water | Sigma | W4502 | |
| siGenome SMARTpool PLK1 | GE Dharmacon | M-003290-01 | |
| AllStars Negative Control siRNA | Qiagen | SI03650318 | |
| siGenome Non-targeting siRNA Pool #2 | GE Dharmacon | D-001206-14-20 | |
| DMEM/HIGH Glucose | GE Healthcare Life Sciences | SH30022.01 | |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | F15051-500ML | |
| HEPES solution (1M) | Sigma | H3535-100ML | |
| Penicillin-Streptomycin 100X solution | GE Healthcare Life Sciences | SV30010 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo Fisher Scientific | 2500056 | |
| DPBS/Modified | GE Healthcare Life Sciences | SH30028.02 | |
| Lipofectamine RNAiMAX | Thermo Fisher Scientific | 13778100 | |
| Oligofectamine | Thermo Fisher Scientific | 1225011 | |
| Opti-MEM | Thermo Fisher Scientific | 22600-050 | |
| Resazurin sodium salt | Sigma | R7017-5G | |
| Hoechst 33342 | Thermo Fisher Scientific | H21492 | |
| Formaldehyde (37% by weight) | Fisher Scientific | F79-4 | |
| 500 ml bottles | Corning | 430282 | |
| Adhesive Sealing Film For Microplates | Excel Scientific | 361006007 | |
| Peelable Heat Sealing Foil | Thermo Fisher Scientific | AB-3720 | |
| BioTek MicroFlo Select Dispenser cassette | Fisher Scientific | 11-120-625 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| MicroFlo Select (liquid dispenser) | Fisher Scientific | 11120621 | |
| BioTek Synergy HT plate reader | Biotek | N/A | |
| Opera Imaging and Analysis Instrument | PerkinElmer | HH10000115 | |
| KiNEDx Robotic Arm | Peak Analysis and Automation (formerly Peak Robotics) | KX-300-660 | |
| Cytomat 24C Series Automated Incubator | Thermo Fisher Scientific | 50080227 | |
| JANUS Automated Workstation | PerkinElmer | AJI4M01 | |
| Plate Carousel | Peak Analysis and Automation (formerly Peak Robotics) | N/A | |
| Alps 3000 plate sealer | Thermo Fisher Scientific | AB-3000 |
References
- Cherry, S. What have RNAi screens taught us about viral-host interactions?. Curr. Opin. Microbiol. 12 (4), 446-452 (2009).
- Panda, D., Cherry, S. Cell-based genomic screening: elucidating virus-host interactions. Curr. Opin. Virol. 2 (6), 784-792 (2012).
- Houzet, L., Jeang, K. T. Genome-wide screening using RNA interference to study host factors in viral replication and pathogenesis. Exp. Biol. Med. 236 (8), 962-967 (2011).
- Friedel, C. C., Haas, J. Virus-host interactomes and global models of virus-infected cells. Trends Microbiol. 19 (10), 501-508 (2011).
- Gao, S., Yang, C., et al. Applications of RNA interference high-throughput screening technology in cancer biology and virology. Protein Cell. 5 (11), 805-815 (2014).
- Kilcher, S., Mercer, J. Next generation approaches to study virus entry and infection. Curr. Opin. Virol. 4, 8-14 (2014).
- Ramage, H., Cherry, S. Virus-Host Interactions: From unbiased genetic screens to function. Annu. Rev. Virol. 2 (1), 497-524 (2015).
- Mercer, J., Snijder, B., et al. RNAi screening reveals proteasome- and Cullin3-dependent stages in vaccinia virus infection. Cell Rep. 2 (4), 1036-1047 (2012).
- Sivan, G., Martin, S. E., et al. Human genome-wide RNAi screen reveals a role for nuclear pore proteins in poxvirus morphogenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110 (9), 3519-3524 (2013).
- Beard, P. M., Griffiths, S. J., et al. A loss of function analysis of host factors Influencing vaccinia virus replication by RNA Interference. PLoS ONE. 9 (6), e98431 (2014).
- Teferi, W. M., Dodd, K., Maranchuk, R., Favis, N., Evans, D. H. A whole-genome RNA interference screen for human cell factors affecting myxoma virus replication. J. Virol. 87 (8), 4623-4641 (2013).
- Workenhe, S. T., Ketela, T., Moffat, J., Cuddington, B. P., Mossman, K. L. Genome-wide lentiviral shRNA screen identifies serine/arginine-rich splicing factor 2 as a determinant of oncolytic virus activity in breast cancer cells. Oncogene. 35 (19), 2465-2477 (2015).
- Panda, D., Das, A., et al. RNAi screening reveals requirement for host cell secretory pathway in infection by diverse families of negative-strand RNA viruses. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108 (47), 19036-19041 (2011).
- Lee, A. S. -. Y., Burdeinick-Kerr, R., Whelan, S. P. J. A genome-wide small interfering RNA screen identifies host factors required for vesicular stomatitis virus infection. J. Virol. 88 (15), 8355-8360 (2014).
- Mahoney, D. J., Lefebvre, C., et al. Virus-tumor interactome screen reveals ER stress response can reprogram resistant cancers for oncolytic virus-triggered Caspase-2 cell death. Cancer Cell. 20 (4), 443-456 (2011).
- Mahoney, D. J., Stojdl, D. F. A call to arms: Using RNAi screening to improve oncolytic viral therapy. Cytokine Growth Factor Rev. 21 (2-3), 161-167 (2010).
- Mahoney, D. J., Stojdl, D. F. Functional genomic screening to enhance oncolytic virotherapy. Br. J. Cancer. 108 (2), 245-249 (2012).
- Allan, K. J., Stojdl, D. F., Swift, S. L. High-throughput screening to enhance oncolytic virus immunotherapy. Oncolytic Virother. 5, 15-25 (2016).
- Lundholt, B. K., Scudder, K. M., Pagliaro, L. A simple technique for reducing edge effect in cell-based assays. J. Biomol. Screen. 8 (5), 566-570 (2003).
- Birmingham, A., Selfors, L. M., et al. Statistical methods for analysis of high-throughput RNA interference screens. Nat. Methods. 6 (8), 569-575 (2009).
- Zhang, J., Chung, T., Oldenburg, K. A simple statistical parameter for use in evaluation and validation of high throughput screening assays. J. Biomol. Screen. 4 (2), 67-73 (1999).
- Huang, D. W., Sherman, B. T., Lempicki, R. A. Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID bioinformatics resources. Nat. Protoc. 4 (1), 44-57 (2009).
- Huang, D. W., Sherman, B. T., Lempicki, R. A. Bioinformatics enrichment tools: paths toward the comprehensive functional analysis of large gene lists. Nucleic Acids Res. 37 (1), 1-13 (2009).
- Thomas, P. D., Campbell, M. J., et al. PANTHER: a library of protein families and subfamilies indexed by function. Genome Res. 13 (9), 2129-2141 (2003).
- Szklarczyk, D., Morris, J. H., et al. The STRING database in 2017: quality-controlled protein-protein association networks, made broadly accessible. Nucleic Acids Res. 45 (D1), D362-D368 (2017).
- Luc, P. -. V., Tempst, P. PINdb: a database of nuclear protein complexes from human and yeast. Bioinformatics. 20 (9), 1413-1415 (2004).
- Chung, N., Zhang, X. D., et al. Median absolute deviation to improve hit selection for genome-scale RNAi screens. J. Biomol. Screen. 13 (2), 149-158 (2008).
- Zhang, X. D. Illustration of SSMD, z Score, SSMD*, z* Score, and t statistic for hit selection in RNAi high-throughput screens. J. Biomol. Screen. 16 (7), 775-785 (2011).
- Zhang, X. D., Lacson, R., et al. The use of SSMD-based false discovery and false nondiscovery rates in genome-scale RNAi screens. J. Biomol. Screen. 15 (9), 1123-1131 (2010).
- Amberkar, S. High-throughput RNA interference screens integrative analysis: towards a comprehensive understanding of the virus-host interplay. World J. Virol. 2 (2), 18-31 (2013).
- Barrows, N. J., Le Sommer, C., Garcia-Blanco, M. A., Pearson, J. L. Factors affecting reproducibility between genome-scale siRNA-based screens. J. Biomol. Screen. 15 (7), 735-747 (2010).
- Carralot, J. -. P., Ogier, A., et al. A novel specific edge effect correction method for RNA interference screenings. Bioinformatics. 28 (2), 261-268 (2011).
- Caffrey, D. R., Zhao, J., et al. siRNA off-target effects can be reduced at concentrations that match their individual potency. PLoS ONE. 6 (7), e21503-e21511 (2011).
- Makarenkov, V., Zentilli, P., Kevorkov, D., Gagarin, A., Malo, N., Nadon, R. An efficient method for the detection and elimination of systematic error in high-throughput screening. Bioinformatics. 23 (13), 1648-1657 (2007).
- Caraus, I., Alsuwailem, A. A., Nadon, R., Makarenkov, V. Detecting and overcoming systematic bias in high-throughput screening technologies: a comprehensive review of practical issues and methodological solutions. Brief. Bioinform. 16 (6), 974-986 (2015).
- Savidis, G., McDougall, W. M., et al. Identification of Zika virus and dengue virus dependency factors using functional genomics. Cell Rep. 16 (1), 232-246 (2016).
- Ma, H., Dang, Y., et al. A CRISPR-Based screen identifies genes essential for West-Nile-virus-induced cell death. Cell Rep. 12 (4), 673-683 (2015).
- Zhang, R., Miner, J. J., et al. A CRISPR screen defines a signal peptide processing pathway required by flaviviruses. Nature. 535 (7610), 164-168 (2016).
- Marceau, C. D., Puschnik, A. S., et al. Genetic dissection of Flaviviridae host factors through genome-scale CRISPR screens. Nature. 535 (7610), 159-163 (2016).
