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诺如病毒肠胃炎尚未分子技术是表征的主要原因仍然是相对较新的。在这里,我们报告两个不同的反向遗传学方法对小鼠诺沃克病毒(MNV),本属的唯一成员,可在细胞培养繁殖的高效回收。
人类诺如病毒是人类胃肠炎(GE)全球大多数情况下,负责,并在那里亲近的人对人的接触是无法避免的,1,2的环境中经常出现的问题。在医院暴发的发病率增加,在过去几年中已有报道,造成重大影响自身的业务能力以及巨大的经济损失。由于人类诺如病毒无法完成生产感染的细胞培养3,确定新的抗病毒方法已经被限制。小鼠诺沃克病毒(MNV)密切相关的人类诺罗病毒,但最近的隔离可在细胞5传播开辟了调查这些病原体6,7的新途径。
在新的积极意义的基因组和亚基因组RNA分子的合成的MNV复制结果,其中后者对应到最后THI病毒基因组的路( 图1)。 MNV包含四个不同的开放阅读框(ORF),其中ORF1基因占据大部分的基因组,编码7个非结构蛋白(NS1蛋白-7)释放由聚易制毒化学。载的ORF2和ORF3内的亚基因组RNA地区和编码衣壳蛋白(VP1和VP2),分别为( 图1)。最近,我们已经确定了额外的ORF4重叠的ORF2,但在不同的阅读框的功能和线粒体的本地化的致病因子(VF1)8编码。
积极意义的RNA病毒,包括诺如病毒,复制发生在细胞质中造成新的不封顶的RNA基因组的合成。促进翻译病毒,病毒利用不同的策略,旨在招聘细胞的蛋白质合成机器9-11。有趣的是,诺罗病毒的翻译是由多功能的病毒蛋白底漆VPG共价连接到5月底的两个基因组和亚基因组RNA 12-14。这种翻译复杂的机制很可能是在有限的病毒恢复传统的反向遗传学方法效率的主要因素。
在这里,我们报告两个不同的策略,基于上一代小鼠诺罗-1(简称MNV谨)在5'端上限的成绩单。的方法之一,涉及体外病毒RNA的合成和封盖,而第二种方法需要的MNV细胞表达T7 RNA聚合酶基因的转录。这些反向遗传学的的MNV研究和小动物模型系统的可用性提供了一个前所未有的能力,解剖病毒复制和发病机制15-17序列的作用。
1。 RNA转录和感染MNV恢复封顶
该协议旨在允许通过从cDNA 体外转录和随后在体外上限(1.1节)传染病MNV高效回收。皑皑的成绩单,然后转染细胞,恢复感染MNV(第1.2和1.3)。这种方法提供了最敏感的方法MNV与典型的产量超过10 5传染病的单位,每35毫米(直径)盘MNV细胞恢复。该协议的详细内容如下:
1.1传染病皑皑MNV成绩单合成:
1.2霓虹灯介导的RNA转染入Raw264.7细胞恢复:
在一个宽容的细胞株为MNV传染性病毒颗粒的恢复是可能的,到electroporate上限将RAW264.7细胞,用霓虹灯转染系统(Invitrogen公司)MNV成绩单。 RAW264.7 MNV感染的细胞容易,支持病毒复制和随后的再感染的多轮。因此,典型的产量将接近48小时后在24小时后转,但> 10 7传染性单位的高峰期超过每毫升10 5传染性单位。
1.3恢复到BHK-21细胞的脂质体:
一个更直接,更经常更划算的,从皑皑的成绩单感染MNV恢复有效的方法是通过脂质体( 脂质体,2000年 ,Invitrogen公司)。鉴于Raw264.7细胞难以转染用脂质为基础的方法,我们通常使用超视距ER容易转染细胞系,如BHK-21,这是一个来自幼仓鼠肾成纤维细胞的永生行。作为标准的做法在我们的实验室中,我们使用的BSR-T7启动细胞,BHK-21细胞线的衍生工具,而这些细胞很容易转染和支持MNV复制,他们缺乏一个合适的受体,允许再感染的几轮。因此,从这个系统所产生的病毒产量是一个单一的病毒复制周期的迹象。尤其是使用这种方法时,检查病毒恢复突变的影响,因为它允许多个转染,在大幅降低成本相比霓虹灯介导的转染,也并不需要专门设备进行。这是值得注意的,等一应俱全,如人胚肾293T细胞的细胞株也支持的MNV但转染条件的有效恢复,首先应优化,以确保有效的RNA交付。
2。直接从cDNA恢复细胞表达T7 RNA聚合酶的传染性MNV
该协议旨在允许由传染性质粒窝藏细胞中表达了T7 RNA聚合酶全基因组cDNA序列的转录MNV在细胞恢复。可用于不同的细胞系,通过这种方法恢复传染病MNV,虽然我们通常获得最高产量的BHK-21和BSR-T7 CELLS 15。我们通常使用的BSR-T7启动细胞,因为它们的成长速度比父母的BHK克隆行。鸡痘(鸡痘病毒)编码T7 RNA聚合酶(鸡痘病毒-T7)18作为辅助病毒功能,以推动该病毒的传染性病毒的RNA和随后的恢复( 图4)表达的细胞被感染。虽然BSR-T7细胞组成性表达T7 RNA聚合酶,这种表达是没有足够的抢救后转PT7感染鸡痘病毒-T7帮手的情况下的MNV:MNV 3'Rz。虽然从本系统的典型产量至少10倍,比上述低,这种方法提供了一个快速的方法,使衰弱突变的鉴定筛选突变。通常使用这种方法时,首先要评估的cDNA结构的可行性。如果构建要么失败产生传染性病毒,或出现在较低的水平比野生型感染性克隆的病毒产生,然后基于RNA的approa进行如上所述通道。
3。代表结果
两个反向遗传学方法在细胞培养传染性MNV恢复高效, 如图5所示。感染MNV与超过10 5 TCID50/ml滴度皑皑MNV RNA转染Raw264.7细胞在24小时后恢复。同样,传染性质粒转染PT7:3'Rz MNV到BSR-T7细胞感染帮手鸡痘病毒表达T7(鸡痘病毒-T7),导致病毒滴度主要excee丁10 4 TCID50/ml( 图5)。合成的RNA和DNA分子获得这些病毒滴度值是在涉及自然VPG联RNA传染性病毒颗粒分离到相同的细胞( 图5)转染得到的相似。这些结果强调了恢复基因定义在细胞培养MNV变种的反向遗传学方法的高效率。
图1。插图MNV基因组和质粒传染性病毒的复苏。一,MNV基因组组织的示意图。每个蛋白质编码区域是作为一个单一的白框所示。 ORF1基因被翻译成7种不同的非结构蛋白(NS1蛋白/ 2到NS7),易制毒化学聚自我水解处理后释放。 2 ORF的编码主要衣壳蛋白VP1的ORF 3编码轻微帽SID蛋白VP2,ORF4的ORF2编码区重叠编码致病因子VF1。基因组和亚基因组RNA含有polyA的尾巴在其3'端可变长度的1。 B,质粒含MNV的cDNA使用在我们的反向遗传方法(PT7:MNV 3'Rz)。 MNV基因融合到了26残留在其3'端的多聚腺苷酸尾。位于下游截断的T7启动子序列,允许的T7驱动的转录,和独特的NHE我网站和编码后的自我切割核酶的DNA序列上游MNV cDNA序列。为确保RNA转录终止权后,在3'端的基因polyA的尾巴目前这些序列。
图2。概述MNV传染病从RNA的体外转录和上限恢复协议质粒PT7:MNV 3'Rz立即下游线性化使用的NHE我的限制酶(步骤1)的的MNV基因组序列。 DNA纯化后,MNV RNA转录生成在体外利用T7 RNA聚合酶(步骤2)。转录产品通常运行具有明显的流动性在2.5-3KB非变性1%琼脂糖凝胶(步骤3, 图3)。使用的是商业的无RNA酶的DNA酶,模板DNA被淘汰。 RNA,然后从自由核苷酸纯化LiCl沉淀(步骤4)。纯化的RNA产品,届时可能在体外被以前在65加热后加盖°C至展开的RNA二级结构(步骤5-6)。 LiCl沉淀净化后,RNA的转染入Raw264.7细胞( 霓虹灯转染系统 ,Invitrogen公司)或BSR-T7细胞( 脂质体2000年 ,Invitrogen公司)(步骤7-8)。一旦进入细胞内,皑皑的RNA转录将译成病毒的蛋白质会促进病毒转录复制到新的MNV RNA分子在其5'端含有一个适当的VPG分子。连续复制周期病毒翻译的陪同下,会产生大量的,将encapsidated生成传染性病毒颗粒的病毒的基因组。为了促进病毒从细胞中释放,冻结和解冻的一个或几个周期(步骤9)。病毒的产量可以由TCID50的或斑块检测程序,然后确定。
图3。 MNV RNA转录以及完整的协议分析。的MNV RNA的完整性, 在体外合成。首先线性化的质粒PT7:3'Rz MNV使用NHE我限制性内切酶。 DNA纯化后,MNV RNA转录生成在体外利用T7 RNA聚合酶(2车道)。然后提纯RNA是从自由核苷酸由LiCl沉淀(3车道)。转录产物1 kb的DNA梯(New England Biolabs公司,泳道1),非变性的1%琼脂糖凝胶上并行运行。非变性条件下的病毒转录的相对流动性是相似的双链DNA产品的2.5-3 KB。 ,MNV RNA的转录后封盖的完整性。 LiCl沉淀(2车道),以前纯化MNV转录酶封顶(泳道3)和(4车道)LiCl沉淀净化。 C, 安捷伦RNA 6000纳米芯片的的MNV成绩单(第二车道)和皑皑MNV成绩单(三车道),先前已在LiCl沉淀分析。一个单链RNA梯子并行运行。
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图4。从cDNA感染MNV恢复协议的概述。最初的BSR-T7(或染BHK)细胞与重组鸡痘病毒表达T7噬菌体RNA聚合酶(鸡痘病毒-T7)(步骤1)(鸡痘病毒)感染。受感染的细胞培养2小时前进一步的治疗,让鸡痘病毒蛋白的表达,其中包括重组的T7 RNA聚合酶(步骤2)。事后,PT7:3'Rz MNV转染细胞,通过脂质体2000(Invitrogen公司)(步骤3)。一旦进入细胞,PT7,MNV 3'Rz由T7 RNA聚合酶,其中synthesises MNV RNA转录(步骤4)确认。自裂解δ核酶在基因组的3'末端序列的存在保证谈话3'Terminus位于刚过polyA的尾巴(步骤5)。一些病毒转录细胞上限由鸡痘病毒封盖酶(步骤6)。将被翻译产生MNV这将催化的MNV转录复制的蛋白质产生MNV皑皑的成绩单。新合成的MNV含有适当VPG分子在其5'端的RNA分子将进行连续的复制周期,伴随着病毒翻译,这可能最终导致一代传染病encapsidated病毒。为了促进病毒从细胞中释放,冻结和解冻的一个或几个周期(步骤7)。病毒的产量可以由TCID50的或斑块检测程序,然后确定。
图5。代表从不同的反向遗传学中的文字描述方法获得的病毒滴度结果。灰色条代表霓虹灯在24小时后获得的病毒滴度转染2×10 6 Raw264.7细胞,或之后的2×10 6的BSR-T7 体外转录和皑皑MNV RNA细胞脂质体转染。白条代表通常PT7脂质体后获得的病毒滴度:,MNV 3'Rz(MNV的cDNA)到2×10 6 BSR-T7与鸡痘病毒表达重组T7 RNA聚合酶(鸡痘病毒-T7)2小时以前感染的细胞。作为阳性对照转成原材料和BSR-T7cells,我们通常使用2微克MNV感染的细胞,这些细胞包含VPG联系MNV RNA的高层次提取的RNA。阴性对照组已进行了要么MNV RNA或PT7:MNV 3'Rz编码移码突变(F / S模式),该废止的复制,导致在没有检测到病毒(数据未显示)。
在这里,我们已经说明了两个不同的反向遗传学的方法,允许在细胞培养感染MNV恢复。这两种方法都有效地绕过为VPG通过代细胞的核糖体,然后由公认的皑皑MNV成绩单病毒RNA基因的5'端共价联动的绝对要求。是更有效地在体外转录酶封顶传染病MNV转录比传染病质粒在细胞表达T7 RNA聚合酶的成绩单,其中可上限由鸡痘病毒封盖酶恢复。与这些反向遗传系统恢复病毒滴度类似VPG联病毒感染的细胞培养17( 图5)纯化的RNA转染获得这些。皑皑MNV RNA进入许可Raw264.7细胞的转染呈现比实验涉及的transfectio的病毒滴度较低只有1日志N含有病毒的VPG联的RNA( 图5)感染的细胞的总RNA。这实际上鼓励了进一步的调查,以确定是否可能导致病毒产量的增加,这可能揭示VPG相关的细胞的基本功能方面MNV传染性的VPG分子除了5'这些系统所产生的最终成绩单。尽管如此,我们认为这种反向遗传学系统作为一种高效,与其他RNA病毒反向遗传学系统目前使用的体外转录RNA滴度只有真正感染病毒颗粒19,20比10-100允许恢复。
总体而言,目前的方法构成了诺罗病毒分子生物学领域的重要一步和提供的工具,我们调查的职能作用的蛋白质和诺罗病毒基因组保守的RNA图案。这些方法已经与C的结合urrent小鼠模型,并已显示出MNV传染性cDNA的恢复是能够引起致命感染- > 80%STAT1的/小鼠在不到10天4,21。利用这一点,我们已经恢复了可行小鼠诺沃克病毒突变的衣壳蛋白和参与结合不同的宿主因素(PTB和选票详情规例)显示,在体内 21,22有点减毒表型的polypyrimidine道系统。此外,我们最近已表明,病毒缺乏表达能力从ORF4 VF1蛋白在细胞培养中有效地复制,但再次减少为WT MNV 8小鼠的毒性。这些研究,鼓励我们设计人类诺如病毒的减毒MNV可作为潜在的候选疫苗调查研究的基础版本。
我们什么都没有透露。
这项研究是由威康信托高级奖学金颁发给伊恩·古德费洛,1居里夫人内欧洲奖学金(欧盟第七框架计划的欧洲研究理事会)授予阿曼多·阿里亚斯。我们要感谢给我们权限,使用安捷伦bioanalyser,帮助运行的RNA样品木卫一香港昌博士丽贝卡罗比和迈克·斯金纳博士。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
试剂名称 | 公司 | 目录编号 | |
氯化锂沉淀解决方案 | Ambion公司 | AM9480 | |
RNA的存储解决方案 | Ambion公司 | AM7000 | |
MEGAscript T7启动脚本 | Ambion公司 | AM1333 | |
ScriptCap m7G旋盖系统 | 震中生物技术 | SCCE0610 | |
霓虹灯转染系统 | Invitrogen公司 | MPK5000 | |
霓虹灯转染系统套件 | Invitrogen公司 | MPK1025 | |
OPTI-MEM我 | Invitrogen公司 | 31985070 | |
脂质体2000转染试剂 | Invitrogen公司 | 11668-027 | |
安捷伦RNA的600纳米套件 | 安捷伦 | 5067-1511 | |
安捷伦2100 BIoanalyzer | 安捷伦 | G2939AA | |
插图GFX总DNA和凝胶带纯化试剂盒 | GE医疗集团 | 28-9034-70 | |
RiboMAX大规模RNA生产系统-T7 | Promega公司 | P1300 |
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