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Method Article
A protocol for generation of high-capacity adenoviral vectors lacking all viral coding sequences is presented. Cloning of transgenes contained in the vector genome is based on homing endonucleases. Virus amplification in producer cells grown as adherent cells and in suspension relies on a helper virus providing viral genes in trans.
High-capacity adenoviral vectors (HCAdV) devoid of all viral coding sequences represent one of the most advanced gene delivery vectors due to their high packaging capacity (up to 35 kb), low immunogenicity, and low toxicity. However, for many laboratories the use of HCAdV is hampered by the complicated procedure for vector genome construction and virus production. Here, a detailed protocol for efficient cloning and production of HCAdV based on the plasmid pAdFTC containing the HCAdV genome is described. The construction of HCAdV genomes is based on a cloning vector system utilizing homing endonucleases (I-CeuI and PI-SceI). Any gene of interest of up to 14 kb can be subcloned into the shuttle vector pHM5, which contains a multiple cloning site flanked by I-CeuI and PI-SceI. After I-CeuI and PI-SceI-mediated release of the transgene from the shuttle vector the transgene can be inserted into the HCAdV cloning vector pAdFTC. Because of the large size of the pAdFTC plasmid and the long recognition sites of the used enzymes associated with strong DNA binding, careful handling of the cloning fragments is needed. For virus production, the HCAdV genome is released by NotI digest and transfected into a HEK293 based producer cell line stably expressing Cre recombinase. To provide all adenoviral genes for adenovirus amplification, co-infection with a helper virus containing a packing signal flanked by loxP sites is required. Pre-amplification of the vector is performed in producer cells grown on surfaces and large-scale amplification of the vector is conducted in spinner flasks with producer cells grown in suspension. For virus purification, two ultracentrifugation steps based on cesium chloride gradients are performed followed by dialysis. Here tips, tricks, and shortcuts developed over the past years working with this HCAdV vector system are presented.
Für gentherapeutische Anwendungen ist es von großer Bedeutung ist es, zytotoxische und immunogene Nebenwirkungen durch die Expression von viralen Proteinen, das Transgen selbst oder von ankommenden viralen Proteine zu vermeiden. Adenovirus-Vektoren (AdV) werden häufig verwendet, um Fremd-DNA in eine Vielzahl von Zellen einzuführen, um die Auswirkungen der Expression des Transgens 1,2 zu untersuchen. Das am weitesten fortgeschrittene Version von AdV wird durch Hochleistungs-Adenovirus-Vektoren (HCAdV) fehlen alle viralen kodierenden Sequenzen 3,4 und damit eine Verpackungskapazität von bis zu 35 kb bei geringer Immunogenität und geringe Toxizität 5-8 bietet vertreten. Aufgrund ihrer hohen Verpackungsleistung sie ermöglichen Lieferung von großen oder mehreren Transgenen unter Verwendung eines einzelnen Vektordosis. Daher stellen sie ein wertvolles Instrument für die Forschungsgemeinschaft.
Im Gegensatz zu der ersten oder zweiten Generation AdV fehlen die frühen Gene E1 und / oder E3, die leicht mit kommerziellen Kits hergestellt werden können, vector Genom Bau und die Virusproduktion von HCAdV ist komplexer. Das System für die Konstruktion von HCAdV Genomen auf dem Plasmid pAdFTC Tragen eines HCAdV Genom frei von alen viralen kodierenden Sequenzen und dem Shuttle-Plasmid PHM5 9-12 basieren. Jedes Gen von Interesse von bis zu 14 Kilobasen (kb) in den Shuttle-Vektor PHM5 in dem die Mehrfach-Klonierungsstelle von Erkennungs flankiert kloniert / Spaltstellen der Homing-Endonukleasen PI- Sce I und I-Ceu I. Daher kann ein geklontes Gen von Interesse durch aufeinanderfolgende PI- Sce I und I-Ceu I freigesetzt werden verdaut für eine nachfolgende gerichtete Insertion in die gleichen Restriktionsstellen in dem Genom HCAdV im Plasmid enthaltenen pAdFTC vorhanden. In pAdFTC das Transgen Insertionsstelle zwischen dem PI- Sce I und I- Ceu I-Stellen-Spaltung entfernt wird von Füll-DNA und nicht-kodierenden Sequenzen zur adenoviralen Genoms eine Verpackung, wie beispielsweise die 5'- und 3'-Inverted Terminal Repeats (ITRs) flankiertan beiden Enden und dem Verpackungssignal stromabwärts des 5'ITR. Die zusätzliche Füll-DNA bietet eine optimale Größe der endgültigen HCAdV Genoms reicht von 27 bis 36 kb, um eine effiziente Verpackung während der Virusproduktion zu gewährleisten. Seit pAdFTC ist ein großes Plasmid mit bis zu 45 KB (abhängig von der Größe der eingefügten Transgen) und die Verwendung des Homing-Endonukleasen mit vergleichsweise langen DNA-Erkennungsstellen zeigt eine starke DNA-Bindung, mehrere Bereinigungsschritte sind notwendig, während der Übertragung des Transgens aus PHM5 um pAdFTC. Sorgfältiger Umgang Vermeidung von Scherkräften wird empfohlen.
Die ITRs des Genoms HCAdV durch Not I-Restriktionsenzym-Erkennungsstellen unmittelbar vor der 5'ITR und stromabwärts des 3'ITR 12 flankiert. Daher kann HCAdV durch Not I zur anschließenden Transfektion des viralen Genoms in das HCAdV Erzeugerzelllinie zu verdauen freigegeben. Man beachte, dass die Verwendung der Restriktionsenzym NotI für relLeichtigkeit des viralen Genoms aus dem Plasmid pAdFTC impliziert, dass das eingefügte Transgen frei von Not I DNA-Erkennungsstellen. Die HEK293-Zelle basierend Produzentenzellen (116 Zellen) stabil Cre-Rekombinase auszudrücken. Für Virusamplifikation 116 Zellen mit einem Helfervirus (HV), allen AdV-Gene für die Replikation und Verpackung in trans 3,4 benötigt koinfiziert. Die HV ist eine der ersten Generation AdV mit einem floxed Verpackungssignal, das während der Virus Verstärkung durch Cre-Rekombinase in 116-Zellen exprimiert 4 entfernt wird. Dies stellt sicher, dass überwiegend HCAdV Genome, die eine intakte Verpackungssignal eingekapselt werden.
Vorverstärkung des HCAdV durch serielle Passagierung leitenden Schritte in 116-Zellen auf Oberflächen in Gewebekulturschalen gezüchtet geführt. Nach jedem Durchgang viraler Partikel aus infizierten Zellen durch drei aufeinander folgende Durchführung Gefrier-Auftau-Stufen freigegeben. Mit jedem Durchgang immer mehr Zellen mit infiziert1/3 Zelllysat aus dem vorhergehenden Durchgang. Schließlich Lysat aus dem letzten Pre-Verstärkungsschritt wird verwendet, um Produzentenzellen in Suspension in einer Spinnerflasche für große Verstärkung gewachsen zu infizieren. Virionen werden aus den Zellen in Suspension durch Ausführen Ultrazentrifugation in einem Cäsiumchlorid-Dichtegradienten 4,12 gereinigt. Mit dieser Vorgehensweise leere Teilchen und komplett montiert Partikel werden in zwei verschiedene Bänder getrennt. Weiter zu konzentrieren die HCAdV Partikel eine zweite nicht-schrittweise Ultrazentrifugation durchgeführt wird. Anschließend wird die resultierende Bande, die das HCAdV wird gesammelt und gegen einen physiologischen Puffer dialysiert. Endvektor Präparate bezüglich der Zahlen der absoluten Viruspartikel, infektiösen Partikeln und HV Kontamination aus. Absolutviruspartikel durch Lyse Viruspartikel und Messen der Absorption bei 260 nm oder durch Durchführen quantitativer Echtzeit-PCR (qPCR) 12 bestimmt werden. Infektiosität des purified Viruspartikel können durch qPCR Mess HCAdV in infizierten Zellen 3 h nach der Infektion vorhanden Genomen bestimmt werden.
1. Konstruktion von rekombinanten HCAdV Genome auf der Grundlage der Plasmid pAdFTC
Hinweis: Alle Plasmide wurden zuvor 11,12 beschrieben und sind auf Anfrage erhältlich. Das Klonierungsverfahren ist schematisch in Abbildung 1 dargestellt.
2. Veröffentlichung HCAdV-Genome von pAdFTC Plasmide und Vorverstärkung der HCAdV Vektoren in der Producer Zelllinie 116
3. Überwachung der Verstärkungsprozess mit Quantitative-Real Time PCR (qPCR) (siehe auch 4A).
4. Large Scale Amplifikation von HCAdV Vektoren in 116-Zellen in Suspension wachsen
5. Dialyse von HCAdV
6. Messung der physikalischen Titer von Final HCAdV Vorbereitungen der optischen Dichte (OD)
7. Mess gesamten Teilchen, infektiöse Einheiten des HCAdV und HV-Kontamination in der Schluss Vector Vorbereitung von qPCR. Ein Schema der Titration wird in 6 gezeigt
Hier repräsentative Beispiele für die Klonierung, Amplifikation und Reinigung von HCAdV Zubereitungen gezeigt. Ein Überblick über die Klonierungsstrategie (Abbildung 1) und repräsentative Beispiele für das Klonen und die Freisetzung des HCAdV Genom durch Restriktionsenzymverdau vorgesehen sind (Figur 2). Eine typische Restriktionsmuster nach dem Lösen der GOI-Expressionskassette aus PHM5 von PI- Sce I und I Ceu ich verdauen und a...
Die hier vorgestellte Protokoll erlaubt die Reinigung von HCAdV Vektoren auf Basis menschlichen Adenovirus Typ 5 basierend auf zuvor beschriebene Verfahren 4,12. Die HCAdV Genom innerhalb der pAdFTC Plasmid ist frei von allen Adenovirusgene und nur trägt die 5'- und 3'-ITR und das Verpackungssignal. In dieser Strategie die HV AdNG163R-2 4 stellt alle notwendigen Gene, die für eine effiziente Virusproduktion in trans. Dies bietet eine Verpackungskapazität von bis zu 35 kb, was ei...
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
This work was supported by DFG grant EH 192/5-1 (A.E.), the EU (E-rare-2) project Transposmart (A.E.), the UWH Forschungsförderung (E.S. and W.Z), and the PhD programme of the University Witten/Herdecke (P.B.). J.L. was supported by a stipend of the Chinese Scholarship council and T.B. and M.G by the Else Kröner-Fresenius foundation (EKFS).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
I-CeuI | New England Biolabs | R0699S | restriction digest |
PI-SceI | New England Biolabs | R0696S | restriction digest |
T4 Ligase | New Engand Biolabs | M0202S | ligation |
SwaI | New England Biolabs | R0604S | restriction digest |
NotI | New England Biolabs | R0189S | restriction digest |
Calf Intestinal Alkaline Phosphatase (CIP) | New England Biolabs | M0290S | dephosphorylation of digested plasmids |
Hygromycin B | PAN Biotech | P02-015 | selection of CRE expressing 116 cells |
DMEM | PAN Biotech | P04-03590 | Hek293T cell culture medium |
Minimal Essential Medium (MEM) Eagle | PAN Biotech | P04-08500 | 116 cell culture medium |
Dulbecco’s phosphate buffer saline (DPBS) | PAN Biotech | P04-36500 | washing of cells, resuspension of cells |
250-ml storage bottle | Sigma | CLS430281-24EA | infection of 116 cells grown in suspension |
500-ml PP CentrifugeTubes | Sigma | CLS431123-36EA | sedimentation of cells from suspension culture |
Spinner flask | Bellco | 1965-61030 | growth of 116 cells in suspension |
Ultra Clear Ultracentrifuge tubes | Beckmann Coulter | 344059 | density gradient centrifugation |
Ultracentrifuge | Beckmann Coulter | density gradient centrifugation | |
SW-41 rotor | Beckmann Coulter | density gradient centrifugation | |
Spectrum Laboratories Spectrapor Membrane | VWR | 132129 | dialysis tubing |
ready-to-use dialysis cassettes | Thermo | 66383 | dialysis |
one shot DH10B electrocompetent E. coli | invitrogen | C4040-52 | transformation of ligation reactions |
PureYield Plasmid Midiprep System | Promega | A2495 | midiprep |
peqGOLD Tissue DNA Mini Kit | Peqlab | 12-3396-02 | isolation of genomic DNA |
SuperFect Transfection Reagent | Qiagen | 301305 | tranfection of 116 cells |
opti MEM (10% FBS) | Gibco | 31985-062 | transfection of 116 cells |
iQ SYBR Green Supermix | BioRad | 170-8882 | q-PCR |
CFX 96 C1000 touch | Biorad | qPCR machine | |
Phenol/Chloroform/Isoamyl alcohol | Carl Roth | A156.1 | purification of DNA |
Cesium chloride | Carl Roth | 8627.1 | density gradient centrifugation |
sodium acetate 99% | Carl Roth | 6773.2 | DNA precipitation |
LB medium | Carl Roth | X968.3 | bacterial growth medium |
ethanol 99.8% pure | Carl Roth | 9065.5 | DNA precipitation and washing |
SDS 99.5% | Carl Roth | 2326.2 | lysis buffer |
EDTA | Carl Roth | 8043.2 | lysis buffer |
Tris-HCl 99% | Carl Roth | 9090.3 | dialysis buffer/ lysis buffer |
glycerol 99.5% | Carl Roth | 3783.1 | dialysis buffer |
MgCl2 98.5% | Carl Roth | KK36.2 | dialysis buffer |
NaCl | Carl Roth | 3957.1 | optional dialysis buffer |
KH2PO4 | Carl Roth | 3904.2 | optional dialysis buffer |
sucrose | Carl Roth | 9286.1 | optional dialysis buffer |
Na2HPO4x2H2O | Carl Roth | 4984.2 | optional dialysis buffer |
1.5-ml tubes | sarstedt | 72,730,005 | storage of virus preparations at -80 °C |
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