アデノウイルスに感染したヒト正常細胞からのウイルス複製コンパートメントに富むサブ核画分の単離

要約

We provide a novel strategy to isolate viral replication compartments (RC) from adenovirus (Ad)-infected human cells. This approach represents a cell-free system that can help to elucidate the molecular mechanisms regulating viral genome replication and expression as well as regulation of viral-host interactions established at the RC.

要約

During infection of human cells by adenovirus (Ad), the host cell nucleus is dramatically reorganized, leading to formation of nuclear microenvironments through the recruitment of viral and cellular proteins to sites occupied by the viral genome. These sites, called replication compartments (RC), can be considered viral-induced nuclear domains where the viral genome is localized and viral and cellular proteins that participate in replication, transcription and post-transcriptional processing are recruited. Moreover, cellular proteins involved in the antiviral response, such as tumor suppressor proteins, DNA damage response (DDR) components and innate immune response factors are also co-opted to RC. Although RC seem to play a crucial role to promote an efficient and productive replication cycle, a detailed analysis of their composition and associated activities has not been made. To facilitate the study of adenoviral RC and potentially those from other DNA viruses that replicate in the cell nucleus, we adapted a simple procedure based on velocity gradients to isolate Ad RC and established a cell-free system amenable to conduct morphological, functional and compositional studies of these virus-induced subnuclear structures, as well as to study their impact on host-cell interactions.

概要

アデノウイルスは、感染細胞の核内で複製する二本鎖DNAゲノムを含みます。ウイルスDNAは核に入ると、それは、PML核小体¹に隣接して局在します。ウイルスの初期遺伝子発現に続いて、核アーキテクチャは劇的と呼ばれる、ウイルスの微小環境の形成を誘導し、再編成されたウイルス複製のコンパートメント^（RC）2。アデノウイルス（AD）RCは、ウイルスゲノムの複製およびウイルス後期遺伝子の発現が起こる部位であるので、これらのプロセスに関与するすべての必要なウイルスおよび細胞因子の動員のための環境を提供します。興味深いことに、このようなDNA損傷応答等の細胞抗ウイルス応答を担う細胞タンパク質、種々の、先天性免疫応答および腫瘍抑制は、これらのウイルスの部位²に同時オプトインしています。同時に調整しながらしたがって、広告RCは、効率的なウイルス複製を促進する調節ハブを考慮することができますこれらの構造は、ウイルス - 宿主細胞の相互作用を理解するための鍵であることを示す細胞の抗ウイルス応答、。それにもかかわらず、RC形成の分子機構は、それらの組成および関連する活動があまり理解されていません。

核内で複製する他のDNAウイルスからのアデノウイルスのRCと同様に、RCが細胞質RC ³とは対照的に、膜に関連付けられていません。また、これらのウイルス誘発性構造は、タンパク質および核酸の完全に構成される可能性があります。 RNAウイルス（通常ウイルス工場と呼ばれる）に感染した細胞内に形成されたRCは、その詳細な形態的、機能的および生化学的特徴^{4が容易になった}それらの細胞質局在性および膜結合状態、を利用して、単離されています。

我々の知る限り、核ウイルスRCはおそらく核アーキテクチャの複雑さと核内メートルがないため、単離されていませんそれらの単離を容易にするであろうembranes。彼らの研究は、免疫蛍光顕微鏡、魚や透過型電子顕微鏡で代わりに依存してきました。しかし、核内構造体を単離することに固有の合併症にもかかわらず、このような核小体とカハール体として他の核ドメインが^5,6の前に単離されています。核小体とRCの両方がタンパク質や核酸で構成され、0.5の間の直径持っているので - 5μmで、私たちは、RCはまた、分離に適してなければならないという仮説を立てました。そのため、より正確にはRCに関連する分子組成および機能を特徴付けるために、我々は、RCで強化された核内画分を単離するための新規な方法を確立しました。この目的のために、我々は核 ​​小体⁷または他の核ドメイン^6を単離するために使用される手順と同様の速度勾配およびスクロースクッションを使用して、サブ核画分を調製して、分子組成の研究との関連活動を可能にする無細胞系を確立しましたRC。この技術は、したがって、ウイルス - 宿主細胞相互作用の理解を進め、また、核内で複製する他のウイルスからのRCの詳細な分析を容易にし、アデノウイルス内に形成されたものと同様の寸法の複製区画の形成を誘導するはずである強力なツールを表しているべきですこのような、ヘルペスウイルス、パピローマウイルスまたはポリオーマウイルスなどの感染細胞、。

プロトコル

1. HFF細胞培養およびAd-感染

1. 以前に説明したように⁸ HFF細胞上の蛍光形成単位（FFU）として、HEK-293細胞と力価の単層中のAd5のWTウイルスを伝播します。
2. 無菌培養で37ºCで100mmの皿および5％CO ₂加湿インキュベーター中DMEM / 10％ウシ胎児血清（FBS）10ml中のヒト包皮線維芽細胞（HFF）を成長させます。 4つの16平方セットで細胞を計数することによってノイバウアーチャンバーを用いて細胞数を決定します。 1ml当たりの細胞数は、4つの16平方セットにおける細胞の平均数を計算し、10 ^4が 、この数を乗じて得られる。ステップ1.3に含まれる各時間後の感染のために^、1×10 7個のHFF細胞を用います。
3. 30フォーカス形成単位、またはFFUのMOIで皿当たりDMEM中でのAd5の1ミリリットルを使用して、100mmの組織培養皿にアデノウイルス5型（Ad5）野生型（WT）（H5pg4100 ^8）とHFF細胞をモック感染または感染、セルあたり。ああで2時間インキュベートします慎重に細胞の上にウイルス接種物の均一な分布を確実にするために15分毎に料理をロッキングumidified細胞培養37ºCでインキュベータ、5％CO _2、。この時間の後、培地を除去し、10％FBSを補充した新鮮なDMEMを加え、16、24または^36º37℃の加湿細胞培養インキュベーター中で時間、5％CO ₂インキュベートします。 2.1に進みます。

アデノウイルスRCで強化されたサブ核画分の調製

1. 収穫のAd5感染または細胞スクレーパーでモック感染したHFF細胞および滅菌遠心管で細胞を集めます。ステップ1.2のように細胞数を決定します。ステップ1.3で指定された各時間後の感染のために、1×10 ^{7個の細胞}を使用してください。
2. 220×gで、5分間、4ºCで細胞を遠心します。
3. 氷冷PBS（137mMの塩化ナトリウム、2.7のKCl、10mMの_の Na 2 HPO _4、1.8mMの_KH 2 PO _4）で細胞ペレットを再懸濁します。洗浄細胞ペレット1回の洗浄につき氷冷PBS 5mlのを使用して3回。この目的のために、220×gで遠心分離細胞は、5分間の4ºC、デカントして捨て、上清（SN）を、穏やかなピペッティングにより細胞ペレットを再懸濁します。
4. プラズマ膜を破壊するために、氷冷低張緩衝液（10mMのHEPES pHは7.9、10mMの塩化カリウム、1.5mMの_MgCl 2を、0.5 mMのDTT、20μG / mlのフェニルメチルスルホニルフルオリド（PMSF）の700μLに細胞ペレットを再懸濁、10μグラム/ mlのウシ膵臓トリプシン阻害剤、10μグラム/ mlのペプスタチンA、10μグラム/ mlのN -アセチル-L-ロイシル-L-ロイシル- Lを含むシステイン、セリン、スレオニン及びアスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤の混合物-argininal）、細胞を3時間氷上で膨潤させます。
5. 溶解ゆったり型テフロン乳棒でホモジナイザーを用いて細胞。全ての細胞が溶解されていることを確認するために、明視野顕微鏡で80ダウンスストロークと監視のサンプルごとに20ストロークを実行しますが、核は、nを持っていることOT破損または破裂して。
6. 300×gで、5分間、4ºCで細胞ホモジネートを遠心します。遠心管で-20ºCでの細胞質画分としてSN保管してください。
7. 核から細胞破片を除去するために、（0.25 Mスクロース、10mMの_MgCl 2を20μG / mlのPMSF、システインの混合物、セリン、10を含むスレオニンおよびアスパルチルプロテアーゼ阻害剤液1（S1）の750μLにペレットを再懸濁μG / mlのウシ膵臓トリプシンインヒビター、10μG / mlのペプスタチンA、10μG / mlのN -アセチル- L -ロイシル-L-ロイシル-L- argininal）と溶液2等量の上の層（S2） （0.35 Mスクロース、0.5mMの_MgCl 2を_、20μグラム/ mlのPMSF、10μグラム/ mlのウシ膵臓トリプシンインヒビターを含む、システイン、セリン、スレオニン及びアスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤の混合物、10μグラム/ mlのペプスタチンA、10μグラム/ mlのN -アセチル-L-ロイシル-L-ロイシル-L-argininal）。 CENTR1400×gで、5分間、4ºCでifuge。
8. マイクロピペットを使用してSNを破棄します。ペレットを乱さないようにしてください。
9. S2の750μLで孤立した核を含むペレットを再懸濁します。
10. アデノウイルスRC（RCF）で強化された核内画分を単離するために、2つの5分のパルスを用いて、超音波浴で核を再懸濁し超音波処理、または明視野顕微鏡により観察されるように、すべての核が溶解するまで。 Cで、または4°未満のサンプルを維持するために必要に応じて超音波浴中に氷を使用​​してください。
11. 溶液3（S3）3000×gで（0.88 Mスクロース、0.5のMgCl _2）、遠心分離、10分間4ºC等量の上で超音波処理した核レイヤ。 -70ºCで核質画分（NPL）と1.5ミリリットルの上清を保管してください。 -70ºCでRCFとしてS2の700μLでペレットや店舗を再懸濁します。

RCFの3ウエスタンブロット分析

注：NPLとRCF画分sのウエスタンブロット分析のためにステップ2.11で得られた総容量とは別にらNPLのための640μLとRCFのための300μリットル。

1. Laemmli緩衝液の2倍（4％SDS、20％グリセロール、10％2-メルカプトエタノール0.004％ブロモフェノールブルー、0.125 MトリスHCl pHは6.8）5分95ºCで、沸騰中の各核内画分の15μLを混ぜます。 20ミリアンペア（ミリアンペア）で、1.5時間ゲルと別々のタンパク質を変性10％ドデシル硫酸ナトリウム - ポリアクリルアミドゲル電気泳動（SDS-PAGE）にサンプルをロードします。
2. ポリフッ化ビニリデン（PVDF）膜上に400ミリアンペアで1.5時間、エレクトロによってタンパク質を転送します。
3. PBS中3％脱脂粉乳を使って室温で2時間ブロック膜。
4. PBS / 0.3％の脱脂粉乳で1：500希釈でウイルスのE2A DNA結合タンパク質（B6-8 ^9）に対する一次抗体と4ºCでO / Nインキュベートします。
5. 10分間、PBS / 0.1％Tween 20で洗浄膜3回。
6. マウス抗IgG二ANを有する膜をインキュベートRTで2時間、PBS中の1：10,000希釈tibodyは1でホースラディッシュペルオキシダーゼ（HRP）に結合されました。
7. PBSで膜を3回洗浄/ 0.1％のTween 20を10分間。
8. 増強化学発光及びX線フィルムを用いて膜を開発します。

RCF 4.ウイルスDNAの検出

注：両方のNPLとRCF画分からのDNA単離のために、ステップ2.11で得られた全体積のRCFのために不良債権のために210μlの100μLを使用しています。

1. プロテイナーゼKを1mg / mlおよび0.5％Tween 20で55ºCで1時間サブ核画分をインキュベートします。
2. 95℃で10分間、サンプルをインキュベートすることにより、プロテイナーゼKを不活性化します。
3. 2分間室温で20,000×gで試料を遠心。
4. SNを収集します。 3M酢酸ナトリウム1/10容量と1容量のイソプロパノールでDNAを沈殿させ、O / Nで4℃にて。
5. 室温で10分間20,000×gで試料を遠心。
6. SN Uを破棄マイクロピペットを歌います。 20,000×gで70％エタノールと遠心で5分間、4°Cをペレットを洗浄します。
7. 10mMトリス-塩酸pH7.4中の10μLに DNAを再懸濁
8. 260nmでの光学密度（OD）を測定することによって分光光度計を用いてDNAを定量化します。
9. ウイルスDNAを増幅するためのヌクレオチド7273から、主要後期転写ユニット内の領域の増幅を可能にするプライマーを用いて反応容積の25μLでのTaq DNAポリメラーゼを使用する標準的PCR反応において、各核内画分からDNA 100ngのに使用するためにヌクレオチド7353（81塩基対）（FW：GAGCGAGGTGTGGGTGAGC; Rvの：GGATGCGACGACACTGACTTCA）。 95ºCで3分間の初期変性、20増幅（95ºC、72ºCで30秒間62ºCで1分間アニーリングおよび伸長で1分間）のサイクルとの最終的な伸長工程に続く次のサイクル条件を使用してください72ºCで3分間。
10. エチジウム90 V.ステインで、2％アガロースゲルでPCR産物を実行します0.5μG / mlの最終濃度で臭化RCFでウイルスDNAの濃縮を裏付けるためにDNAを可視化します。細心の注意を払ってエチジウムブロマイドを処理し、常にこの化合物は強力な変異原であるように、手袋を着用してください。制度ガイドラインに従ってエチジウムブロマイドを廃棄してください。

RCF 5.後期ウイルスmRNAの検出

注：両方のNPLとRCF画分からのRNAの単離のために、ステップ2.11で得られた総容量からRCFのために不良債権のために640μlの300μLを使用しています。

1. 製造元の指示に従ったトリゾール使用して核内画分からRNAを分離します。 DEPC（diethilpyrocarbonate）処理水50μlの中のRNAを再懸濁します。
2. （約3μgが得られた）、260 nmでODを測定するために分光光度計を用いてRNAを定量化します。 -70ºCで50 ngの/μlのアリコート中のRNAを保管してください。
3. 精製されたRNAをチェック5トータルRNAのngのステップ4.9に記載のサイクル条件を用いて、逆転写酵素（RT）の非存在下でのコントロールPCR反応を行うことによりDNA汚染の欠如のために。
   1. DNAの混入がない場合何のアンプリコンが生成されるべきではありません。 DNA汚染が存在する場合は、37ºCで30分間、10 UのDNase I、RNase阻害剤の10 U、0.1 Mトリス-塩酸pHを8.3、0.5 M KCl及び15mMの_MgCl 2を有する試料をインキュベートします。ステップ5.1のように、RNAを再単離するために進んでください。
4. RCFに関連するウイルスmRNAを分析するために、異なる遺伝子ファミリー（ 表1）から、アデノウイルス後期のmRNAを検出するために設計されたプライマーを用いたRT-PCRによって、各核内画分からRNA 100ngの増幅。
   1. 逆転写（RT）については、42ºCで1時間、70ºCで10分間反応容量の20μLの M-MuLVにRT酵素を用いた標準的なRT反応の各核内画分から、RNA 100ngのを使用しています。
   2. 増幅のために、1を使用しますステップ4.9のように、PCR反応でcDNAのLをμ。 25サイクルの増幅に続いて95ºCで3分間の初期変性、（95ºCで1分間、アニーリング72ºCで30秒間、表1と拡張で指定された温度で1分間）し、次のサイクル条件を使用してください72ºCで3分間の最終伸長工程。
5. 0.5μグラム/ mlの最終濃度で、臭化エチジウム90 V.染色ゲルで2％のアガロースゲル中でRT-PCR産物を、実行し、RCFへのウイルス後期mRNAの関連を裏付けるために可視化します。ステップ4.10に示すようにエチジウムブロマイドを処理します。

RCFの6免疫蛍光可視化

注：キャリーアウトは、この手順をクリーンベンチの下にほこり粒子とサンプルの汚染を避けるため、使用する前に、すべてのソリューションをフィルタリングします。

1. 悲惨なステップ2.10で得られたRCF画分のスポット5μlのCTLYシランコートスライド上。
2. 室温で約5分間のスポット乾燥をしてみましょう。
3. 再水和物をゆっくりと間接的にRCFスポットの横にあるドロップでのPBS 500μLをピペッティングして、スライドを傾けることによって流れせることによって。側から過剰のPBSを切ります。
4. RTで2時間、PBS / 5％のウシ血清アルブミン（BSA）の500μLに試料を覆うことによりブロック。
5. 穏やかに間接的に試料上にPBSを500μリットルをピペットでスライドを3回洗浄します。過剰のPBSを切るためにスライドを傾けます。
6. 室温で2時間、PBS中で1：500希釈でウイルスE2A DNA結合タンパク質（B6-8 ^9）に対する一次抗体とサンプルをインキュベートします。抗体溶液の20μLにスポットされたサンプルをカバーし、乾燥を避けるために、湿ったチャンバー内でインキュベートします。
7. 穏やかに間接的に試料上にPBSを500μリットルをピペッティングすることにより、PBS / 0.02％Tween 20でサンプルを3回洗浄します。元を切るためにスライドを傾けてセス洗浄溶液。
8. 4ºCで1時間、PBS中で希釈2,000：1で、488 nmで励起される蛍光色素分子に結合されたマウス抗IgG二次抗体を用いて、サンプルをインキュベートします。抗体溶液の20μLにスポットされたサンプルをカバーし、乾燥を避けるために、湿ったチャンバー内でインキュベートします。
9. 穏やかに間接的に試料上にPBSを500μリットルをピペッティングすることにより、PBS / 0.02％Tween 20でサンプルを3回洗浄します。過剰の洗浄溶液を切るためにスライドを傾けます。
10. メディアをマウントするように2μリットルのPBS / 10％グリセロールを使用したカバーガラスとスライド上にスポットしたサンプルをカバーしています。明確なマニキュアで密封し、アルを保存-20ºC。
11. 波長488nmでの63X対物1.4開口数（NA）と、蛍光顕微鏡を用いてサンプルを分析します。

結果

ウイルス複製区画（RC）は、他の核内ドメインに類似したタンパク質および核酸からなる核内のウイルスによって誘発される構造であるので、それらは、生化学的特徴に基づいて速度勾配によって分離を受けやすいことが判明しました。分画プロトコルにおける重要なステップは、サンプルは、異なる細胞下分画の完全性を保証するために、明視野顕微鏡法によって監視される必要がある各?...

ディスカッション

In order to elucidate the molecular mechanisms that govern regulation of cellular activities by viral infection understanding the composition and activities associated with RC would be instrumental. Therefore, to make a detailed analysis of RC, we established a cell-free system that takes advantage of the size and biochemical composition of these virus-induced structures, to isolate subnuclear fractions enriched with RC using a simple procedure that relies on velocity gradients with sucrose cushions. Critical steps of th...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
DMEM	Gibco	12100-046	Warm in 37 ºC water bath before use
Fetal Bovine Serum	Gibco	12484-028
Sucrose, Ultra Pure	Research Organics	0928S	Prepare a 2.55 M stock solution and store at 4 ºC
Dounce homogenizer	Kontess Glass Company	884900-0000
Branson 1800 Ultrasonic Bath	Branson	Z769533 SIGMA	Turn on 15 min before use.
Goat anti-Mouse IgG1 Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate	Life Technologies	A-21121	Use at a 1:2,000 dilution in PBS
Silane-Prep Slides	Sigma	S4651-72EA	Open in a laminar flow cabinet
SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate	Pierce ThermoScientific	34080