Ein Protokoll für die Analyse von Hepatitis-C-Virus-Replikation

Zusammenfassung

Hepatitis C Virus (HCV) is a major human pathogen that causes liver disorders, including cirrhosis and cancer. An HCV infectious cell culture system is essential for understanding the molecular mechanism of HCV replication and developing new therapeutic approaches. Here we describe a protocol to investigate various stages of the HCV replication cycle.

Zusammenfassung

Hepatitis-C-Virus (HCV) betrifft 3% der Weltbevölkerung und verursacht schwere Lebererkrankungen wie chronische Hepatitis, Leberzirrhose und Leberzellkarzinom. HCV ist ein umhülltes RNA-Virus aus der Familie Flaviviridae. Strombehandlung nicht wirksam ist und bewirkt, dass nachteilige Nebenwirkungen. Es gibt keine HCV-Impfstoff zur Verfügung. So wird fortgesetzt Aufwand für die Entwicklung eines Impfstoffes und eine bessere Therapie erforderlich. Einem HCV-Zellkultursystems ist kritisch für das Studium verschiedener Stadien der HCV Wachstum einschließlich Viruseintritt, Genom-Replikation, Verpackung und Austritt. In der vorgestellten aktuellen Prozedur verwendeten wir eine Wildtyp-intragenotype 2a chimären Virus, FNX-HCV, und ein rekombinantes FNX-Rluc Virus, eine Renilla-Luciferase-Reportergens um die Virusreplikation zu studieren. Eine menschliche Hepatom-Zelllinie (Huh-7-Basis) wurde für die Transfektion von in vitro transkribierten genomischen HCV-RNAs. Zellfreie Kulturüberstände, Protein-Lysate und total RNA wurden zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Ernte Transfektion HCV Wachstum zu beurteilen. HCV-Genom-Replikation Status wurde durch quantitative RT-PCR und Visualisierung der Gegenwart von HCV-RNA-Doppelstrang ausgewertet. Die HCV-Proteinexpression wurde durch Western-Blot und Immunfluoreszenz unter Verwendung von für HCV-NS3-und NS5A-Proteine ​​Antikörper verifiziert. HCV-RNA-transfizierten Zellen freigesetzt infektiöse Partikel in Kulturüberstand und der Virustiter wurde bestimmt. Luciferase-Assays wurden verwendet, um die Replikationsebene und Infektiosität von HCV-Reporter beurteilen. Zusammenfassend stellen wir verschiedene virologische Tests zur Charakterisierung von verschiedenen Stufen des HCV-Replikationszyklus.

Einleitung

Hepatitis-C-Virus (HCV) verursacht Leberzirrhose und Leberkrebs. Es betrifft 170 Millionen Menschen weltweit mit 350.000 Menschen sterben jährlich ^1-3. HCV ist ein positiver Strang-RNA-Virus mit einer Genomgröße von 9,6 kb. Das HCV-Genom als ein einzelnes Polyprotein von ca. 3000 Aminosäuren, das proteolytisch durch verschiedene zelluläre und virale Proteasen gespalten, in 10-Polypeptide translatiert wird. HCV-Virus ist der Prototyp der Gattung Hepacivirus und gehört zur Familie der Flaviviridae ^4. Bei der Belichtung stellt chronischer HCV-Infektion in 80% der Individuen. Die Infektion ist meist asymptomatisch und rechtzeitige Diagnose kann die therapeutische Intervention zu Leber Verschlechterung verhindern können. Die derzeitige Behandlung nicht optimal sein und kein Impfstoff verfügbar ist ^5,6.

Die Ätiologie der Hepatitis C wurde erstmals 1989 ⁷ beschrieben. Studieren HCV-Replikation ist wichtig für die Hepatitis-C-Impfstoff-und Behandlungsforschung, aber es warlang durch das Fehlen eines effizienten Viruskultursystem behindert. Ein molekularer Klon des HCV Infektions wurde gezeigt, bei Schimpansen auf intra-Impfung ⁸ sein. Anschließend wurden HCV subgenomische Replikon beschrieben, die das virale Genom-Replikation Stufe in einem Zellkultursystem erlaubt ^9,10 sezieren. Entdeckung einer Genotyp HCV 2a isolieren JFH-1 (Japanese Fulminante Hepatitis-1), infizieren Zellkultur eröffnet neue Wege für die HCV-Replikation Forschungs ^11-13. Genotyp 2a Stamm JFH-1-Basis inter-und intra-und genotypische chimären Viren vom Genotyp 1 HCV Infektions basierend Kultursysteme sind auch ^{14 bis 18} erhältlich.

Wir haben erfolgreich JFH-1-Stamm-und HCV-intragenotype 2a chimären Virus verwendet, um die hochauflösenden funktionellen Profilierung Karte von Proteindomänen und cis-aktiven RNA-Elemente ^19,20 zu erhalten. Demnach beschreiben wir eine effektive Kultursystem routinemäßig verwendet, die ermöglichtStudium der verschiedenen Stadien des HCV-Replikationszyklus und Wirt-Pathogen-Interaktion. Wir präsentieren virologische Untersuchungen auf virale Genom-Replikation und de novo Infektiosität von HCV intragenotype 2a und einem Renilla-Luciferase Reporter basierend HCV beurteilen.

Protokoll

Ein allgemeiner Überblick über das Protokoll ist in Fig. 1 dargestellt.

1. Cells

1. Vorbereitung vollständige Wachstumsmedium, das 10-15% fötalem Rinderserum (FBS), 10 mM nicht-essentiellen Aminosäuren, 10 mM Hepes, Penicillin (100 Einheiten / ml), Streptomycin (100 mg / ml) und 2 mM L-Glutamin enthält.
2. Pflegen Huh-7.5.1-Zellen in ¹³ komplette Wachstumsmedium, das die oben genannten Ergänzungen für in-vitro-Analyse von Hepatitis-C-Virusreplikationszyklus.
3. Kultur Virusstämme in Huh-7.5.1-Zellen mit den angegebenen Wachstumsmedium ergänzt bei 37 ° C mit 5% CO _2.

2. Viren und Plasmid-Konstrukte

1. Erzeugen, die komplementäre DNA (cDNA)-Form von HCV-RNA und klonen in einen Plasmidvektor für einfache genetische Manipulation. Hinweis: Die Entdeckung der japanischen fulminante Hepatitis 1, JFH-1 (HCV Genotyp 2a), Isolat HCV kritisch für Forschung gewesen undin erster Linie verwendet, um die HCV-Replikationszyklus ^11-13 studieren. Inter-und intragenotypic chimären Viren basierend auf JFH-1 HCV sind häufig in Forschungs ^14-18 verwendet. Konstruktion von synthetischen intragenotype 2a chimären Virus, FNX-HCV und einem monocistronischen chimären Reporterstamm wurde zuvor ¹⁹ und konstruktive Details sind nicht Gegenstand dieses Protokolls beschrieben.
2. Verwenden Sie die pFNX-HCV intragenotype 2a Virus als es enthält eine 5'-NTR-, Struktur-Regionen und P7, und ein Teil der NS2 nicht-strukturellen Regionen (Nukleotide 1-2878) des J6CF Elternstamm (NCBI Zugangsnummer. AF177036), als sowie die nicht-strukturellen Komponenten des JFH-1-Virusstamm (NCBI Zugangsnummer. AB047639). Hinweis: FNX-HCV wurde basierend auf der Sequenz von Jc1 intragenotype 2a chimären HCV synthetisiert zuvor berichtet ^15.
3. Generieren Sie eine monocistronischen chimären Reporter virales Konstrukt, das pFNX-Rluc, auf der Grundlage der pFNX-HCV-Stamm (oben in Schritt 2.2), indem Sie einen Renilla Luciferase-Gen zwischen der 5 'NTR und Core-Gen (nt zwischen 388 und 389). Anschließend verbinden Sie das Luciferase-Gen-Gen-und Kern dieses Konstrukts mit einem Maul-und Klauenseuche-Virus 2A (F2A) Peptidsequenz, die als Spaltsignal funktionieren würde.
4. Ingenieur die RNA-Polymerase-Null (Pol-) virales Konstrukt entweder mit dem pFNX-HCV oder pFNX-Rluc viralen Hintergrund. Ersetzen die katalytischen Reste NS5B Polymerase GDD (aa 2759-2761; nt 8615-8623), der eine dieser viralen Rückgrat mit AAG Aminosäureresten.

3. In-vitro-HCV-RNA-Transkription

1. Verwenden Sie ein intragenotype 2a chimären Virus FNX-HCV und HCV-FNX Pol null (Pol-) HCV für die Bewertung der viralen Replikation (Abbildung 2A).
2. Linearisieren die viralen Plasmide mit XbaI Restriktionsenzym und dann mit Mungobohnennuclease um glatte Enden zu erzeugen behandeln. Reinigung der verdauten Plasmide durch Anionenaustauschchromatographie. Überprüfen Sie die Integrität of Das linearisierte Plasmid indem DNA-Gelelektrophorese (Fig. 2B) Agarose.
3. Übertragen Sie die linearisierte Plasmide mit Hilfe der viralen T7-RNA-Polymerase.
4. Reinige den neu synthetisierten DNase behandelte RNA unter Verwendung eines RNA-Reinigungs-Kits.
5. Überprüfen Sie, ob die RNA-Produktion durch Agarose-Gelelektrophorese (Abbildung 2C).
6. Quantifizierung der RNA durch Spektrophotometrie.
7. Lagern Sie den erzeugten RNA in -80 ° C in 10 ug Arbeits Aliquots. Hinweis: Um die Veränderung der RNA-Qualität innerhalb der einzelnen Versuchsplanung zu minimieren durch Transkription aller RNA für jede Virusprobe und Kontrolle zugleich.

4. HCV-RNA-Transfektion und Probenentnahme

1. Ernten Sie die Huh-7.5.1-Zellen mit Trypsin.
2. Um Zellen, Zentrifuge spülen und resuspendieren Suspension zweimal mit kaltem niedrigen Serum-Medien. Resuspendieren der Zellen in Medien mit niedrigem Serumgehalt 1 x 10 ⁷ Zellen pro ml beträgt.
3. Mischen Sie insgesamt 10 & #956; g transkribierte Virus-RNA mit 400 ul der resuspendierten Zellen (4 × 10 ⁶ Zellen) in einer 0,4-cm-Elektroporationsküvette transferiert. Transfektion von Zellen mittels Elektroporation bei 270 V, 100 Ω und 950 uF.
4. Resuspendieren der Elektroporation Zellen in 10 ml Vollwachstumsmedium mit 15% FBS. Hinweis: Erhöhte Überlebensfähigkeit von Zellen elektroporiert wird gesehen, wenn die Huh-7.5.1-Zellen wurden in 15% fötalem Rinderserum kultiviert.
5. Platte, die Zellen in beiden T-25-Kolben (~ 1,2 × 10 ⁶ Zellen pro Kolben) und 48-Well-Platten (1 × 10 ⁴ Zellen pro Vertiefung) für jede der folgenden Zeitpunkten: 4, 48 und 96 Stunden.
6. Ersetzen Sie die Medien bei 4-8 Stunden nach der Transfektion mit frischem ergänzten Wachstumsmedium mit 10% FBS, um abgestorbene Zellreste aus den kultivierten Flaschen und Platten entfernen.
7. Erntezellkulturüberständen an den 48, 96 h Zeitpunkte und Entfernen von Zelltrümmern von gesammelten Proben durch Zentrifugation der Zellen bei 1500 UpM für 10 min bei 4 º C.
8. Bewahren Sie die zellfreien Überstände bei -80 º C. Lyse der Zellen, die für Protein-und RNA-Analyse durch Western-Blot und Reverse Transkription-PCR quantitativ zu den angegebenen Zeitpunkten.

5. Reverse Transkription-quantitative PCR (RT-qPCR) für die Beurteilung der HCV-Genom-Kopien

1. Führen eine Zwei-Schritt-RT-qPCR die genomische HCV-RNA Kopienzahl zu bestimmen.
2. Revers transkribieren 1 ug zelluläre Gesamt-RNA unter Verwendung von reverser Transkriptase und eines Primers spezifisch für HCV-sense-Strang, der 5 'NTR (JFH RTQ R: 5'CCTATCAGGCAGTACCACA-3') bindet, oder ein Primer, die spezifisch für Haushaltsgens Peptidylprolyl Isomerase G (R ppig : 5'-GTCTCTCCTCCTTCTCCTCCTATCTTT-3 '). Auch Reverse Transkription FNX-HCV-RNA (in Schritt 3 erzeugte) bekannter Genomkopien ^{(10. Januar-10.} September Standard) mit HCV-Sense-Strang Primer.
3. Führen Sie qPCR unter Verwendung von 50 ng der resultierenden cDNA transkribiert mit spezifischen HCV-Primer (JFH RTQF: 5'CTGGGTCCTTTCTTGGATAA-3; JFH RTQ R: 5'CCTATCAGGCAGTACCACA-3 ') und DNA-Bindung grüne Farbstoff, der qPCR Super-Mix. Führen qPCR für Housekeeping-Gen sowie ppig (ppig Primer F: 5'-GAAGAGTGCGATCAAGAACCCATGAC-3 '; ppig R: 5'-GTCTCTCCTCCTTCTCCTCCTATCTTT-3') Anmerkung: Für die Berechnung der genauen intrazellulären HCV-RNA-Ebene über die Stichproben verwenden zellulären Housekeeping-Gen, ppig , Expressionsniveau (Ct-Zyklus) für die Normalisierung. Verwenden Sie die Kopienzahl des FNX-HCV-Genom als Standard für die Bestimmung der Kopienzahl.
4. Verwenden Sie die folgenden Bedingungen bei der Ausführung von qPCR auf HCV-RNA-Kopienzahl zu bestimmen: 95 ° C für 15 Sekunden und 60   º C für 30 Sekunden (40 Zyklen) mit Echtzeit-PCR-System.
5. Siehe Fig. 3A und 3B für die Genomreplikation Ergebnisse.

6. Western Blot-Analyse zum Nachweis von HCV-Protein-Expression (Fig. 3C)

1. Verwenden Zelllysate from Virus-RNA bei 96 Stunden nach der Transfektion für Protein-Western-Blot-Analyse transfiziert.
2. Lösen das Zelllysat unter Verwendung von SDS-PAGE und Transfer auf Polyvinylidendifluorid (PVDF)-Membran.
3. Blockieren der Membran mit einer Blockierungslösung, enthaltend 5% Magermilch, 0,2% Tween 20 in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS).
4. Inkubation der Membran mit primären monoklonalen Maus-Antikörper NS3 (1 von 1.000 Verdünnung) und beta-Aktin (1 in 5000 Verdünnung).
5. Hinzufügen Ziege-anti-Maus-IgG, das mit Meerrettich-Peroxidase (1 in 5.000 verdünnt) konjugiert und durch Chemolumineszenz nachzuweisen.

7. Immunfluoreszenz-Assay (IFA)

1. Beheben die HCV-infizierten und transfizierten Zellen unter Verwendung von Methanol für 30 min bei -20 º C für Immunfluoreszenz-Assay.
2. Waschen Sie die Zellen dreimal mit PBS und Block mit IFA Blockierungspuffer.
3. Verwenden polyklonalen Kaninchen anti-NS5A in erster Linie Antikörper oder monoklonalen Maus-Anti-DSR (freundlicherweise von Dr. Dasgupta, UCLA Verfügung gestellt)NA J2 Antikörper bei einer Verdünnung von 1:200 (1 ug / ml) und Inkubation für 5 h bis über Nacht bei 4 º C.
4. Dreimal nach dem primären Antikörper Waschen der Zellen mit PBS.
5. Hinzufügen Ziegen-Anti-Kaninchen-IgG-Sekundär 488 polyklonalen Antikörper oder Ziege-anti-Maus-IgG-Sekundär 594 polyklonalen Antikörper in einer 1:1000 Verdünnung (1 ug / ml) und Inkubation für 1 h bei Raumtemperatur.
6. Waschen der Zellen mit PBS dreimal und Fleckenkerne mit Hoechst-Farbstoff und Ansicht mit Fluoreszenzmikroskop (Fig. 3D).

8. Mess Virus Titer

1. Platte naiv Huh-7.5.1-Zellen bei etwa 3 x 10 ³ Zellen / Well unter Verwendung eines 96-Well-Platte. Am nächsten Tag, führen das 10-fache serielle Verdünnungen der zellfreien Kulturüberstand von HCV-RNA-transfizierten Zellen mit Wachstumsmedium geerntet und in dreifacher Ausfertigung auf impfen Huh-7.5.1-Zellen.
2. Fix-Zellen bei 72 Stunden nach der Infektion mit Methanol (30 min bei -20 º C) und immunostain für HCV NS5A-Protein, wie in Abschnitt 7 angegeben.
3. Verwenden Sie die höchste Verdünnung, die für die NS5A positive Foci zählen und berechnen die durchschnittliche Anzahl der Schwerpunkt Bildungseinheit (FFU) pro Milliliter. Siehe Abbildung 4 für die HCV-Titer.

9. Renilla Luciferase Reporter Assay für virale Genom-Replikation und Infektiosität

1. Für die Beurteilung viralen Genomreplikation, Platte HCV-RNA-Elektroporation Huh-7.5.1-Zellen in dreifacher Ausfertigung in 48-Well-Platten (1 x 10 ⁴ Zellen / well).
2. Lyse die Zellen mit 75 ul der passiven Lyse-Puffer an der 6 h, 48 h und 96 h nach der Transfektion.
3. Schaukeln Sie die Platten vorsichtig für 15 Minuten bei Raumtemperatur und bei -80 º C.
4. Zur Messung der Renilla-Luciferase-Enzymaktivität, die Protein-Lysat auftauen und Renilla-Luciferase-Assay-Reagenzien auf Raumtemperatur.
5. In 20 ul Proteinlysat pro Vertiefung einer 96-wel l weiße Lumineszenz Platte und legen Sie die Platte in einem Luminometer.
6. Pipettieren von 100 ul Renilla Luciferase-Assay-Reagenz (Coelenterazin Substrat + Puffer) pro Vertiefung und nach einer 2 Sek. vor, lesen Verzögerung; integrieren, das emittierte Licht für 10 Sekunden.
7. Mittelwert und Standardabweichung für jede Probe aus den Luciferase-Werte der biologischen Triplikaten und unterziehen die Daten einer statistischen Analyse (Abbildung 5).
8. Zur Beurteilung Infektiosität inokulieren 500 ul zellfreier Überstand aus HCV-RNA-transfizierten Zellen für die angegebenen Zeitpunkten (48 h und 96 h) in dreifacher Ausfertigung in 48-Well-Platten auf naiven Huh-7.5.1-Zellen erhalten.
9. Ersetzen Sie die viralen Inokulum mit 500 ml frisches Medium pro Well nach 6 Stunden nach der Infektion.
10. Lyse der Zellen bei 48 Stunden nach der Infektion und nach Renilla-Luciferase-Assay, wie in Schritten von 8,2 bis 8,7 (Fig. 5) beschrieben.

itel "> 10. Statistische Analyse

1. Die Fehlerbalken in den Diagrammen zeigen die Standardabweichungen (SD). Die P-Werte wurden mit dem ungepaarten t-Test berechnet.

Ergebnisse

Hepatitis C-Virus ist ein RNA-Virus ist. Somit zur genetischen Manipulation Zweck hat die genomische HCV-cDNA in einen bakteriellen Plasmid-Vektor kloniert. Ein T7-RNA-Polymerase-Promotorsequenz wurde unmittelbar vor dem 5'-Ende des HCV-Genoms eingeführt. Eine allgemeine Übersicht der HCV-Analyse-Workflow ist in Abbildung 1 dargestellt. Um genomische HCV-RNA mit präziser 3-Ende erzeugen, wird das HCV-Genom-Plasmid, das mit XbaI Restriktionsenzym und die erzeugte Einzelstrangüberhang wur...

Diskussion

Diese Darstellung beschreibt ein Verfahren zum Analysieren des Hepatitis-C-Virus-Replikationszyklus. HCV ist ein humanes Pathogen und die vorgeschriebene Biosafety-Protokoll müssen strikt eingehalten werden. Infektiöse HCV-Zellkultursysteme wurden zuvor ^11-13,16,17 beschrieben. Es gibt nur wenige wichtige Punkte zu implementieren, wenn wir nach dem Protokoll dargestellt. Erstens, von hoher Bedeutung ist es, gute Qualität von intakten voller Länge viralen genomischen RNA für nachgeschaltete Studien. Die E...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM)	Fisher Scientific	10-017-CV
Non essential amino acid	Fisher Scientific	MT25025CI
HEPES	Life Technologies	15630080
Glutamax	Life Technologies	35050061
Opti-MEM Reduced Serum Medium,no Phenol Red	Life Technologies	11058-021
Huh-7.5.1	The Scripps Research Institute		The cell line was kindly provided by Dr. Francis Chisari to Dr. Arumugaswami under executed MTA between The Scripps Research Institute and Cedars-Sinai Medical Center
Plasmids (pFNX-HCV, pFNX-HCV Pol null, pFNX-Rluc, and pFNX-Rluc Pol null)	Cedars-Sinai Medical Center		The HCV plasmids were synthesized by Dr. Arumugaswami using overlapping oligo-nucleotides.
XbaI	New England Biolabs Inc.	R0145S
Mung Bean Nuclease	New England Biolabs Inc.	M0250S
T7 RiboMAX Express Large Scale RNA Production System	Promega	P1320
Rneasy Mini Kit	Qiagen	74104
Nanodrop 2000	Thermo Scientific	Nanodrop 2000
Electroporation Cuvette (4 mm)	Bioexpress	E-5010-4
Gene Pulser Xcell Total System	Bio-Rad	165-2660
mouse monoclonal anti-dsRNA antibody J2	English & Scientific Consulting Kft.	10010200
Goat anti-rabbit IgG Alexa Fluor 488	Life Technologies	A11008
Goat anti-rabbit IgG Alexa Fluor 594	Life Technologies	A11020
PVDF membrane package	Bio-Rad	162-0263
Blotting Grade Blocker Non Fat Dry Milk	Bio-Rad	170-6404XTU
Tween-20	Bio-Rad	170-6531XTU
Anti-Hepatitis C Virus NS3 antibody [8 G-2]	Abcam	ab65407
Anti-Hepatitis C Virus NS3 antibody [H23]	Abcam	ab13830
Goat anti-mouse IgG conjugated with horseradish peroxidase (HRP)	Jackson ImmunoResearch Laboratories Inc.	115-035-003
Amersham ECL Prime Western Blotting Detection Reagents	GE Healthcare Life Sciences	RPN2236
SUPERSCRIPT III RT	Life Technologies	18080085
SYBR QPCR SUPERMIX W/ROX	Life Technologies	11744500
ViiA 7 real-time PCR system	Life Technologies	NA
Renilla Luciferase Assay System kit	Promega	E2810
RNase-Free DNase	Promega	M6101
GloMax-Multi Detection System (Luminometer)	Promega