Name: nucleocapsid annealing-mediated electrophoresis (name) assay allows the rapid identification of hiv-1 nucleocapsid inhibitors
Uploaded: 2015-01-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
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This work was supported by Ministero degli Affari Esteri (MAE, DRPG, Unit&#224; per la cooperazione scientifica e tecnologica, Grant: PGR Italy-USA) and by MIUR, Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale (Grant: 2010W2KM5L_006).

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The authors declare that they have no competing financial interests.

NAMEは急速​​にHIV-1、新規な抗HIV薬の探索において興味深い標的のヌクレオキャプシドタンパク質のシャペロン活性の阻害を評価することができるアッセイである。 NCは、高速かつ、その安定した折りたたみそうで注意深いアニーリングに続いて、高温で熱変性を必要とする室温の核酸でアニーリングする。アッセイは、いずれの完全長NCまたは切り捨て（12から55）NCで行うことができます。どちらの場合も2核酸（RNAおよびその相補DNAコピー）が急速にアニールされる。これは、切断NCペプチドと文献の観察と一致している：アニーリングが弱いNC結合部位でその相補心尖ループの相互作用に続くCTARのステムの効率的な溶融によって開始される、TAR心尖ループの相補的配列と、延長アニーリングしたハイブリッドには、いくつかの不安定な中間体を通って終わる。21 NCは非常に安定であるのprotEINといくつかの問題が実行NAMEが発生する可能性がありながら。これが達成されていない場合に、ゲルが正しい位置での核酸バンドを示さない。しかしバッファ反応を停止するために使用されるゲルのロードで作りたてのSDSを追加することが非常に重要である。実際には、正確にゲル電気泳動によってTAR / CTARのヘテロを視覚化するように、NCは、核酸結合タンパク質であるタンパク質を変性させ、核酸との緊密な複合体からそれを解放するためにLoading Bufferをゲル中に存在しなければならない。これはまた、ゲル、実行時 ​​にシフトしたバンドの形成すなわち実験の可能性のトラブルシューティング、である。この効果は、完全長のNCは、 図2のように、採用されたときに特に顕著であり、核酸に強い凝集効果を有する、高度に塩基性のN末端 ​​尾部の存在にリンクされている。 ターミナル基本尾の存在がショーとして、抑えることがアニーリング反応をより困難にするnは化合物1、代表スレッディングインターカレーターを用いて、図3に、TARおよびCTARのステムループ構造を安定に特に効率的なインターカレーター、すなわち 。実際には、核酸との相互作用のこのタイプは、バルジおよびループが塩基対に嵩高い置換基を容易に糸通しを可能にする、二重らせんの連続性を中断するときに有利である。これらの核酸結合剤によってTARとCTARの安定化は、以前に二つのオリゴヌクレオチドの融解温度の上昇を測定することにより分析した。14また、融解温度の上昇は、HIV-1 NCによって触媒アニーリングの阻害と相関するヘテロ二重TAR / CTARの減少形成につながるとスレッディングインターカレーターは、TAR要素としてRNAの動的な構造のためのバインダーの興味深いクラスであることを示している。14 作用機序は、これらのコンポのために呼び出さ図4に示すようにundsはさらに、別の代替フォーマットでNAMEアッセイを行うことによって確認することができる：薬物二つ折り畳まオリゴとともにインキュベートされたときにインターカレーターの場合、アニールヘテロの阻害が増強される。このようなNC蛋白質の直接の結合剤としての作用の異なる機構に作用する化合物は、以下の異なるプレインキュベーションモードによって影響を受ける。 NAMEアッセイは、したがって、NC阻害剤の同定のための化合物のライブラリーをスクリーニングするために使用することができる二つの方法で行われ、NCを対象に抗HIV薬を探している間にも正のヒットの作用の推定メカニズムを評価する。明らかに、識別されたNC阻害剤の特定の作用機構に主張単独でこれらの技術を使用することは十分ではなく、他の適当な生化学的ア ​​ッセイは、作業仮説を維持するために必要とされる。14 最後に、NAMEは非常に使用していることを強調しなければならない組換えまたは合成のいずれかに精製酵素、試験した化合物によるNCの「 インビトロ 」阻害に関する貴重な情報を与える。これはアッセイの「強さと弱さ」です：NAMEはよく迅速に構築し、解析する構造活性相関を、最終的に合成し、薬剤設計をリダイレクトすることが可能、仮想スクリーニングおよび創薬プログラムの予備的段階における分子モデリングアプローチを補完することができます。しかし、HIVにおける薬剤開発プロジェクトで使用される他の生化学的アッセイとして、NAMEは、ウイルス感染細胞における推定阻害剤の効果についての情報を与えることはありません。

ヒト免疫不全ウイルス1型（HIV-1）のヌクレオカプシドタンパク質NCp7（NC）がしっかりと逆転写中に補因子としてウイルス複製に重要な役割を果たして、成熟した感染性ウイルスゲノムRNAと関連している小さな塩基性タンパク質であるゲノムの認識、および包装1-3 NCは、安定な核酸構造の不安定化と相補的な配列のアニーリングを触媒核酸シャペロンとして作用する。デュプレックス不安定化活性は、そのジンクフィンガー構造（12-55ペプチド）にマッピングされているが、その核酸凝集活性が11アミノ酸で主にN末端 ​​ドメインが存在する。4、正に帯電したタンパク質は、アニーリング反応の静電障壁を低下させ二つの別々の相補的配列が一緒になる速度を増加させる。 安定した立体配座に折り畳まれた核酸はfacilitatするNCのシャペロン活動を必要とする電子彼らのアニーリングを5これはNCは鎖転移イベントにおいて重要である逆転写、特に重要である：。マイナス鎖転送において、 マイナス鎖停止 DNAは、単にレトロ転写、R領域に相補的な配列に転送され、アニールされなければならない熱力学がRNAゲノムの3 &#39;末端にテンプレート6は 、この反応によりR領域中のトランス活性化応答領域 （TAR）RNAの安定した構造の存在のためにNCの不存在下で広範に発生していない、そのは、そのDNAコピー（CTAR DNA）。特徴的なステム-ループ構造を持つ7 CTARとTARが、実際には、高度に構造化された領域に関連付けられている必要があります。 NC蛋白質は、これらのヘアピンを変性し、相補的な核酸鎖間の分子間のアニーリングの速度を増加させることにより、マイナス鎖の転送を促進する。 TARとCTARのNCアニーリングのメカニズムを徹底的に調査し、デされましたいくつかの研究論文でTARアニールアッセイとしてスクライビングと提案方式が優れたレビューに描かれている。8-11要約、NCは、そのようなTAR-RNAなどの安定したRNAの二次構造を不安定にその相補的配列の二次構造を不安定化、CTAR-DNA 、およびTAR / CTARヘテロ形成につながるRNA / DNAのアニーリング反応を促進する。10,11により、HIV複製中鎖転移工程が有利で ​​ある。12 NCをNCに向かって小分子によって誘導される潜在的な干渉が損なわNC活性の結果として、ウイルスゲノムの逆転写の低下をもたらすので、新たな抗ウイルス剤の開発のための魅力的な標的である。2,13このアプローチは可能性最終的に成功した抗HIV薬の開発につながる。 NCのスクリーニングの過程で、我々は、よく知られた特性に頼るアッセイを開発し14阻害剤効率的に相補的なオリゴヌクレオチドを不安定化アニールするヌクレオカプシド。10,11の私たちは、Nが nnealing- Mは、Eの lectrophoresis（NAME）アッセイをediated ucleocapsidそれと呼ばれる。 NAMEアッセイは、ハイブリッドTAR / CTARヘテロを生成するその相補的DNA配列（CTAR）とTAR-RNA配列の先端部に対応するオリゴヌクレオチドの我々の場合、相補的核酸の安定的に構造化されたコピー間のアニーリングを仲介するNCを使用して。 NCの存在下でTAR / CTARアニーリング反応の分析は、ネイティブポリアクリルアミドゲル電気泳動（PAGE）によって調べることができる。 このプロトコルは、反応および実験の可能性のトラブルシューティングの結果を分析する方法を、急速に安定したヘアピン構造に折り畳ま室温オリゴヌクレオチドでアニールするようにNAMEアッセイを実行する方法を示しています。核酸の放射性標識は、要求された、とdetectiされていませんオリゴヌクレオチドバンドの上に、従来の染色法により行うことができる。組換え全長タンパク質またはNCの切断合成バージョンのどちらを採用してアッセイは、NC、RNAおよびDNAの強い結合と相関することが示される活性を阻害するスレッドインターカレーターの同定を可能にする。14

<table><tbody><tr><td>cTAR, 29-mer DNA oligo. Desalted. HPLC purified.</td><td>Metabion International AG</td><td></td><td>Store the stock&amp;nbsp; solution at -20 &amp;deg;C&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>TAR, 29-mer RNA oligo. Desalted. HPLC purified.&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Metabion International AG</td><td></td><td>Store the stock aliquot at -80 &amp;deg;C&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>(12-55)NC peptide</td><td>EspiKem srl</td><td></td><td>Store the stock solution at -20 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>1.5 ml tubes</td><td>Eppendorf</td><td>0030 120 086</td><td>Autoclave before use</td></tr><tr><td>0.5 ml tubes</td><td>Eppendorf</td><td>0030 121 023</td><td>Autoclave before use</td></tr><tr><td>Biosphere Filter Tips 0.1-10 &amp;micro;l</td><td>Sarstedt</td><td>701,130,210</td><td></td></tr><tr><td>Biosphere Filter Tips 2-20 &amp;micro;l</td><td>Sarstedt</td><td>70,760,213</td><td></td></tr><tr><td>Biosphere Filter Tips 200&amp;nbsp;&amp;micro;l</td><td>Sarstedt</td><td>70,760,213</td><td></td></tr><tr><td>Syringe Filter 0.22&amp;nbsp;&amp;micro;m</td><td>Biosigma srl</td><td>51,798</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Carlo Erba</td><td>414631</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Dodecyl Sulfate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71725-50G</td><td></td></tr><tr><td>Dimethyl Sulfoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8418-1L</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71376-1KG</td><td></td></tr><tr><td>Boric Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B0252-2.5KG</td><td></td></tr><tr><td>Ethylenediaminetetraacetic Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E5134-500G</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium Perchlorate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>222283-100G</td><td>Store the 1&amp;nbsp;M solution at -20&amp;nbsp;&amp;deg;C</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49770-1L</td><td></td></tr><tr><td>Bromophenol Blue</td><td>GE Healthcare Life Sciences</td><td>17-1329-01</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N,N,N&amp;prime;,N&amp;prime;&lt;/em&gt;-Tetramethylethylenediamine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T9281-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium Persulfate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A7460-500G</td><td>Prepare the 10% solution freshly before use</td></tr><tr><td>Acrylamide-bis ready-to-use solution 40% (19:1)</td><td>Merck Millipore</td><td>1006401000</td><td>Polyacrylamide is highly neurotoxic: wear gloves during the gel casting</td></tr><tr><td>Tris ultrapure</td><td>Applichem</td><td>A1086,1000</td><td></td></tr><tr><td>DEPC-treated water</td><td>Ambion</td><td>AM9922</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge 5415R</td><td>Eppendorf</td><td>22,621,408</td><td></td></tr><tr><td>NanoDrop 1000 spectrometer</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV-VIS spectrometer Lambda 20</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Protean II xi Cell</td><td>Bio-Rad</td><td>165-1803</td><td></td></tr><tr><td>PowerPac Basic Power Supply</td><td>Bio-Rad</td><td>164-5050</td><td></td></tr><tr><td>SybrGreen II RNA Gel Staining</td><td>Lonza</td><td>50523</td><td>Make the 1/10,000 dilution in TBE 1x. Store it in the dark at 4&amp;nbsp;&amp;deg;C for two weeks.</td></tr><tr><td>Geliance 600 Imaging System</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

nucleocapsid annealing-mediated electrophoresis (name) assay allows the rapid identification of hiv-1 nucleocapsid inhibitors

安定した三次元折りたたみで折り畳まRNAまたはDNAは、抗腫瘍または抗ウイルス薬の開発において興味深い標的である。 HIV-1の場合には、ウイルスの活動の調節に関与するウイルスタンパク質は、いくつかの核酸を認識する。ヌクレオカプシド蛋白NCp7（NC）は、ウイルス複製の間にいくつかのプロセスを調節する重要なタンパク質である。 NCは、実際にはRNAおよびDNA、それらのアニーリングを容易にする二次構造を不安定化するシャペロンである。 NCの不活性化は、新しいアプローチおよび抗HIV療法のための興味深い標的である。 Nは nnealing- MがEの lectrophoresis ediated ucleocapsid（NAME）アッセイにより、そのようなTARのヘアピン構造およびHIVのCTAR要素として熱力学的に安定な三次元コンホメーションに折り畳まれたRNAおよびDNAの融解およびアニーリングを阻害することができる分子を同定するために開発されたHIV-1のヌクレオキャプシドタンパク質。新しいアッセイは、再いずれかを採用以前の標識を必要とせずcombinantまたは合成タンパク質、およびオリゴヌクレオチド。結果の分析は、従来の核酸の染色に続いて、標準的なポリアクリルアミドゲル電気泳動（PAGE）によって達成される。この作品で報告されたプロトコルは、核酸シャペロンの両方有能な、全長タンパク質または基本的なN末端ドメインを欠くその切断型と名前がアッセイを実行する方法について説明し、どのようにすることによって、NCのシャペロン活性の阻害を評価するためにインターカレースレッディング。また、NAMEは、識別NC阻害剤の作用の推定機構に関する指標を得るために、2つの異なるモードで便利に行うことができる。

図1は、ヌクレオカプシドアニーリング媒介電気泳動（NAME）アッセイの代表的な結果を示し、iは 、全長の組換えタンパク質、ii）のタンパク質を含まない、 すなわち CTAR + TARを混合し、RTで1時間までインキュベートすること、 および iiiで）行う）（12-55）NC、N末端 ​​ドメインの11アミノ酸を欠く合成ペプチドを用いて行っ同じアッセイ。予め折り畳まれたTARとCTARを混合し、アニールしたヘテロTAR / CTARの形成はタンパク質の非存在下で、全長組換えNC（ 図1の左側のレーン）の存在下でモニターした（ 図1の中央のレーン）、および短縮型（12-55）NCペプチド（ 図1の右側のレーン）の存在下で行われる。コントロールは、次のとおりです。彼らの遅いannealin続いCTARにTARの安定に折り畳まれた構造体の熱変性して得られた、CTAR、折り畳まれたTAR、およびアニールしたハイブリッド（TAR / CTAR）を折り畳んグラム。14 拡張されたヘテロ二重らせんに二つの安定核酸配列を変性させるNCの能力は明らかである：フルレングスNCタンパク質は、TAR / CTARハイブリッドの形成にすぐにつながる：0 &#39;NCへの追加の間を通過する最小限の時間を示しサンプルと反応を停止ゲルローディング緩衝液の添加;完全な形成がすでに15分間のインキュベーション時間の後に達成される。アニールヘテロ強度の増加は、折り畳まれたCTARとTARオリゴヌクレオチドの強度の減少に匹敵する。ヘテロ二本鎖形成は切断型の存在下でも達成され、合成ペプチドの生物学的活性を確認する、（12-55）NC、すなわち 。蛋白質またはペプチドの非存在下でヘテロ形成が観察されず、TARとCTARオリゴヌクレオチドは、ヘテロ（ 図1）に、室温でアニールしない。ですべての実験、不安定な中間体の速い形成時間をかけて減少する（ 図1の「中間複合体」）は、一貫して正確な核酸は折りたたみまでCTARとTARのヘアピンを通して鎖交換の提案されたメカニズムで、観察される。17 実験の可能性のトラブルシューティングは、ゲルローディング緩衝液中のSDSの欠如である。 GLBにおけるSDSの非存在下での反応の結果を図2に示し、GLB + SDSによる結果と比較される。予め折り畳まれたTARとCTARを混合し、組換え完全長NC蛋白質と37°Cで3時間の室温で3時間インキュベートした。インキュベーション後、サンプルを2つに分割した。SDSなしの半分ゲルローディングバッファー（GLB）の他の半分にGLBは、SDS（GLB SDS）であったが、添加した。サンプルをゲル上にロードし、そしてゲルによって実行後に​​核酸バンドの位置を可視化した色素染色。これが予想され、タンパク質と核酸との間の強い結合を示します。NCは存在していたが、サンプルはGLBをロードしたときは、全ての核酸バンドがシフトアップされた。 GLB SDSとの結果がゲルの一番右に示されている：SDSの追加は、コントロールと比較を可能に、タンパク質を変性し、タンパク質と安定な複合体から核酸を放出する。 NAMEアッセイは動的核酸構造を安定化し、NCのシャペロン活性を阻害するためにインターカレー転位する能力を評価するために使用される。14スレッディングインターカレーターは、例えば、アントラキノン環系の反対側の部位に位置する大きな側鎖によって置換された平面状の芳香族分子である図3Aに示されている。18これらのインターカレーターは、核酸の二重らせんを縫うすることができ、最終的に二重の溝に、それらの側鎖の位置をらせん。19,20 図3Bは、化合物1の存在下でNAMEアッセイの結果を示し、既知のスレッディングインターカレーター、完全長のNCまたは切断ペプチドの存在下で18。両方の場合において、NCによってTAR / CTARハイブリッドの形成は、一方、同時に、フリーTARとCTARの量が増加するとインターカレーターの濃度を増加させることによって低減される。 N末端尾部（12-55NC）を欠くタンパク質の切断型は、その活性の阻害に対してより敏感である。この差は、これまでに試験された全ての化合物を用いて検証した。 NAMEアッセイは、折り畳まれたオリゴヌクレオチド（NC-プレインキュベーションモード）を添加したNCとプレインキュベートする試験化合物による、9893核酸基質との15分間の試験化合物をプレインキュベートすることによってのいずれか2つの方法で行うことができる、NCおよび15分間のさらなるインキュベーション（オリゴ広報し、続いてeincubationモード）。全体的なインキュベーション時間は、二つの異なるモードで同じであるが、NCの添加前に折り畳まれたオリゴヌクレオチドを​​用いたプレインキュベーションは、折り畳まれた核酸へのインターカレーターのスレッドのためのより多くの時間を可能にする。これは彼らのダイナミックな構造の強い安定化とNCシャペロン活動をより容易に抑制に結果。 図4に示すように、2つのモードでNAMEアッセイの解析は、したがって、NC阻害剤の作用機序の違いを増強する：化合物1は、オリゴプレインキュベーションモードでNAMEによって分析したとき（ 図4、左のレーン）はるかに低い阻害はNC-プレインキュベーションモードで観察されるのに対し、それは、NC媒介アニーリングの強力な阻害を示す（ 図4、右のレーン）。このアッセイで、これらの条件に関連化合物のセットをスクリーニングしながら、阻害濃度の測定のために各experiていることに注意してくださいメントは、 図14（特にIC 50値の周り）狭い間隔の濃度を用いて、少なくとも三連で実施されなければならない<img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52474/52474fig1highres.jpg" /> 図1：フルレングスNC付きと切り捨て（12から55）NCつ折りTARとCTAR、それぞれ1μM とNAMEアッセイは 、組換えNCまたはでインキュベートした（12から55）NC（オリゴ/ NC = 1 / 8）0分、15分、30分および1時間。タンパク質（0分、15分、30分、1時間）の非存在下でインキュベートしたTARとCTARを陰性対照として使用した。折り畳まれたTAR、折り畳まれたCTARハイブリッドTARは/ CTARはインビトロアニーリング対照として使用した、続いて熱変性した後に得られる。反応はその後GLB SDSを使用して停止した。サンプルは、1×TBE中で12％ポリアクリルアミドゲル上で分離した。電気泳動後のゲル上の核酸は、染色し、イルミ上で検出された。 <html><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52474/52474fig2highres.jpg" /> 図2：ゲルローディングバッファー中のSDSの影響（GLB）TNMG 1X ​​に予め折り畳んだNC TARとCTAR によるTAR / CTARアニールを 、 分析するときに 、3のために全長組換えNC（オリゴ/ NC = 1/8）と共にインキュベートした。室温または37℃で時間。 GLBまたはGLB SDSその後、NCとインキュベートした試料に添加した。コントロール：TAR、CTARアニールハイブリッドTAR / CTAR（各1μM）。電気泳動は1×TBE中で12％ポリアクリルアミドゲルを用いて行った。電気泳動後のゲル上の核酸は、染色し、イルミ上で検出された。 。この図は、図S4から変更されている：。Sosic、A. らの設計、合成およびHIV-1ヌクレオカプシド阻害剤としてTARとCTARバインダーの生物学的評価MedChemComm 4、1388年から1393年、DOI：10.1039 / c3md00212h（2013） 。 &quot;&gt; <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52474/52474fig3highres.jpg" /> 図3：NAMEアッセイによって評価インターカレー1スレッディングのスレッディングインターカレーター1.（B）の（A）化学構造の影響。折り畳まれたTARとCTAR、それぞれ1μMは、完全長のNCまたは（12-55）NC、それぞれ8μMを有する化合物1の示された濃度の存在下でインキュベートした。 CTARと拡張ヘテロTAR折り畳まつ折りTARは、/ CTARを対照として使用した。反応はその後GLB SDSを使用して停止した。サンプルは、1×TBE中で12％ポリアクリルアミドゲル上で分離した。電気泳動後のゲル上の核酸は、染色し、イルミ上で検出された。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/52474/52474fig4highres.jpg" /> 図4：NC-プレインキュベーションモードに対するオリゴプレインキュベーション：NAME検定への影響 オリゴプレインキュベーションMOD。E：、TARを折り畳まれ、各1μMをCTARを折り畳まれた完全長のNC（8μM）の存在下で15分間スレッディングインターカレーター1の示された濃度でプレインキュベートした後、さらに15分間たNC-プレインキュベーション 。 モード ：スレッドインターカレー1の示された濃度は、それぞれ1μM、15分間、完全長NC（8μM）と共にプレインキュベートし、次いで、さらに15分間、折り畳まれたTARの存在下でCTAR折り畳まれた。 CTARと拡張ヘテロTAR折り畳まつ折りTARは、/ CTARを対照として使用した。すべての反応は、最終的にGLB SDSを使用して停止した。サンプルは、1×TBE中で12％ポリアクリルアミドゲル上で分離した。電気泳動後のゲル上の核酸は、染色し、イルミ上で検出された。

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Nucleocapsid Annealing-Mediated Electrophoresis NAME Assay Allows the Rapid Identification of HIV-1 Nucleocapsid Inhibitors

This protocol describes NAME, an assay that allows the rapid identification of molecules able to inhibit in vitro the chaperone activities of HIV-1 nucleocapsid protein.

ヌクレオカプシドアニーリング媒介電気泳動（NAME）アッセイは、HIV-1ヌクレオカプシド阻害剤の迅速な同定を可能にする

RNA or DNA folded in stable tridimensional folding are interesting targets in the development of antitumor or antiviral drugs. In the case of HIV-1, viral ...

nucleocapsid-annealing-mediated-electrophoresis-name-assay-allows

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Nucleocapsid Annealing-Mediated Electrophoresis (NAME) Assay Allows the Rapid Identification of HIV-1 Nucleocapsid Inhibitors

8.9K ビュー.  University of Padova. This protocol describes NAME, an assay that allows the rapid identification of molecules able to inhibit in vitro the chaperone activities of HIV-1 nucleocapsid protein.

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In vitro Uncoating of HIV-1 Cores

The genome of the retroviruses is encased in a capsid surrounded by a lipid envelope. For lentiviruses, such as HIV-1, the conical capsid shell is composed of CA protein arranged as a lattice of hexagon. The capsid is closed by 7 pentamers at the broad end and 5 at the narrow end of the cone1, 2. Encased in this capsid shell is the viral ribonucleoprotein complex, and together they comprise the core.
Following fusion of the viral membrane with the target cell membrane, the HIV-1 is released into the cytoplasm. The capsid then disassembles releasing free CA in the soluble form3 in a process referred to as uncoating. The intracellular location and timing of HIV-1 uncoating are poorly understood. Single amino-acid substitutions in CA that alter the stability of the capsid also impair the ability of HIV-1 to infect cells4. This indicates that the stability of the capsid is critical for HIV-1 infection.
HIV-1 uncoating has been difficult to study due to lack of availability of sensitive and reliable assays for this process. Here we describe a quantitative method for studying uncoating in vitro using cores isolated from infectious HIV-1 particles. The approach involves isolation of cores by sedimentation of concentrated virions through a layer of detergent and into a linear sucrose gradient, in the cold. To quantify uncoating, the isolated cores are incubated at 37&deg;C for various timed intervals and subsequently pelleted by ultracentrifugation. The extent of uncoating is analyzed by quantifying the fraction of CA in the supernatant. This approach has been employed to analyze effects of viral mutations on HIV-1 capsid stability4, 5, 6. It should also be useful for studying the role of cellular factors in HIV-1 uncoating.

In vitro Uncoating of HIV-1 Cores

Uncoating is an essential step in the early phase of the HIV-1 life cycle and is defined as the disassembly of the capsid shell and the release of the viral ribonucleoprotein complex (vRNP). Here, we demonstrate techniques for isolating intact cores from HIV-1 virions and for quantifying their uncoating in vitro.

HIV - 1コアのin vitroでの脱殻で

The genome of the retroviruses is encased in a capsid surrounded by a lipid envelope. For lentiviruses, such as HIV-1, the conical capsid shell is ...

免疫・感染学

Determining 3'-Termini and Sequences of Nascent Single-Stranded Viral DNA Molecules during HIV-1 Reverse Transcription in Infected Cells

Monitoring of nucleic acid intermediates during virus replication provides insights into the effects and mechanisms of action of antiviral compounds and host cell proteins on viral DNA synthesis. Here we address the lack of a cell-based, high-coverage, and high-resolution assay that is capable of defining retroviral reverse transcription intermediates within the physiological context of virus infection. The described method captures the 3'-termini of nascent complementary DNA (cDNA) molecules within HIV-1 infected cells at single nucleotide resolution. The protocol involves harvesting of whole cell DNA, targeted enrichment of viral DNA via hybrid capture, adaptor ligation, size fractionation by gel purification, PCR amplification, deep sequencing, and data analysis. A key step is the efficient and unbiased ligation of adaptor molecules to open 3'-DNA termini. Application of the described method determines the abundance of reverse transcripts of each particular length in a given sample. It also provides information about the (internal) sequence variation in reverse transcripts and thereby any potential mutations. In general, the assay is suitable for any questions relating to DNA 3'-extension, provided that the template sequence is known.

Here we present a deep sequencing approach that provides an unbiased determination of nascent 3&#39;-termini as well as mutational profiles of single-stranded DNA molecules. The main application is the characterization of nascent retroviral complementary DNAs (cDNAs), the intermediates generated during the process of retroviral reverse transcription.

決定の 3' 末端と HIV-1 の間に初期の一本鎖のウイルス DNA 分子のシーケンスを逆に感染細胞における転写

Monitoring of nucleic acid intermediates during virus replication provides insights into the effects and mechanisms of action of antiviral compounds and ...

遺伝学

Rapid Screening of HIV Reverse Transcriptase and Integrase Inhibitors

Although a number of anti HIV drugs have been approved, there are still problems with toxicity and drug resistance. This demonstrates a need to identify new compounds that can inhibit infection by the common drug resistant HIV-1 strains with minimal toxicity. Here we describe an efficient assay that can be used to rapidly determine the cellular cytotoxicity and efficacy of a compound against WT and mutant viral strains.
The desired target cell line is seeded in a 96-well plate and, after a 24 hr incubation, serially dilutions of the compounds to be tested are added. No further manipulations are necessary for cellular cytotoxicity assays; for anti HIV assays a predetermined amount of either a WT or drug resistant HIV-1 vector that expresses luciferase is added to the cells. Cytotoxicity is measured by using an ATP dependent luminescence assay and the impact of the compounds on infectivity is measured by determining the amount of luciferase in the presence or the absence of the putative inhibitors.
This screening assay takes 4 days to complete and multiple compounds can be screened in parallel. Compounds are screened in triplicate and the data are normalized to the infectivity/ATP levels in absence of target compounds. This technique provides a quick and accurate measurement of the efficacy and toxicity of potential anti HIV compounds.

Here we describe cellular cytotoxicity and single round infectivity assays that allow for the rapid and accurate screening of compounds to determine their cellular cytotoxicity (CC50) and IC50 values against WT and drug resistant HIV-1.

HIV逆転写酵素及びインテグラーゼ阻害剤の迅速なスクリーニング

Although a number of anti HIV drugs have been approved, there are still problems with toxicity and drug resistance. This demonstrates a need to identify ...

Conformational Evaluation of HIV-1 Trimeric Envelope Glycoproteins Using a Cell-based ELISA Assay

HIV-1 envelope glycoproteins (Env) mediate viral entry into target cells and are essential to the infectious cycle. Understanding how those glycoproteins are able to fuel the fusion process through their conformational changes could lead to the design of better, more effective immunogens for vaccine strategies. Here we describe a cell-based ELISA assay that allows studying the recognition of trimeric HIV-1 Env by monoclonal antibodies. Following expression of HIV-1 trimeric Env at the surface of transfected cells, conformation specific anti-Env antibodies are incubated with the cells. A horseradish peroxidase-conjugated secondary antibody and a simple chemiluminescence reaction are then used to detect bound antibodies. This system is highly flexible and can detect Env conformational changes induced by soluble CD4 or cellular proteins. It requires minimal amount of material and no highly-specialized equipment or know-how. Thus, this technique can be established for medium to high throughput screening of antigens and antibodies, such as newly-isolated antibodies.

Understanding viral surface antigens conformations is required to evaluate antibody neutralization and guide the design of effective vaccine immunogens. Here we describe a cell-based ELISA assay that allows the study of the recognition of trimeric HIV-1 Env expressed at the surface of transfected cells by specific anti-Env antibodies.

細胞ベースのELISAアッセイを使用して、HIV-1エンベロープ糖タンパク質三量体の構造評価

HIV-1 envelope glycoproteins (Env) mediate viral entry into target cells and are essential to the infectious cycle. Understanding how those glycoproteins ...

Pairwise Growth Competition Assay for Determining the Replication Fitness of Human Immunodeficiency Viruses

In vitro fitness assays are essential tools for determining viral replication fitness for viruses such as HIV-1. Various measurements have been used to extrapolate viral replication fitness, ranging from the number of viral particles per infectious unit, growth rate in cell culture, and relative fitness derived from multiple-cycle growth competition assays. Growth competition assays provide a particularly sensitive measurement of fitness since the viruses are competing for cellular targets under identical growth conditions. There are several experimental factors to consider when conducting growth competition assays, including the multiplicity of infection (MOI), sampling times, and viral detection and fitness calculation methods. Each factor can affect the end result and hence must be considered carefully during the experimental design. The protocol presented here includes steps from constructing a new recombinant HIV-1 clone to performing growth competition assays and analyzing the experimental results. This protocol utilizes experimental parameter values previously shown to yield consistent and robust results. Alternatives are discussed, as some parameters need to be adjusted according to the cell type and viruses being studied. The protocol contains two alternative viral detection methods to provide flexibility as the availability of instruments, reagents and expertise varies between laboratories.

Growth competition between nearly isogenic viruses provides a sensitive measurement for determining relative replication fitness. The protocols described here include the construction of recombinant HIV-1 clones, virus propagation and growth competition and analysis methods optimized to yield sensitive and consistent results.

ヒト免疫不全ウイルスの複製フィットネスを決定するためのペアごとの成長競合アッセイ

In vitro fitness assays are essential tools for determining viral replication fitness for viruses such as HIV-1. Various measurements have been used to ...

Measurement of In Vitro Integration Activity of HIV-1 Preintegration Complexes

HIV-1 envelope proteins engage cognate receptors on the target cell surface, which leads to viral-cell membrane fusion followed by the release of the viral capsid (CA) core into the cytoplasm. Subsequently, the viral Reverse Transcriptase (RT), as part of a namesake nucleoprotein complex termed the Reverse Transcription Complex (RTC), converts the viral single-stranded RNA genome into a double-stranded DNA copy (vDNA). This leads to the biogenesis of another nucleoprotein complex, termed the pre-integration complex (PIC), composed of the vDNA and associated virus proteins and host factors. The PIC-associated viral integrase (IN) orchestrates the integration of the vDNA into the host chromosomal DNA in a temporally and spatially regulated two-step process. First, the IN processes the 3&#39; ends of the vDNA in the cytoplasm and, second, after the PIC traffics to the nucleus, it mediates integration of the processed vDNA into the chromosomal DNA. The PICs isolated from target cells acutely infected with HIV-1 are functional in vitro, as they are competent to integrate the associated vDNA into an exogenously added heterologous target DNA. Such PIC-based in vitro integration assays have significantly contributed to delineating the mechanistic details of retroviral integration and to discovering IN inhibitors. In this report, we elaborate upon an updated HIV-1 PIC assay that employs a nested real-time quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR)-based strategy for measuring the in vitro integration activity of isolated native PICs.

Measurement of In Vitro Integration Activity of HIV-1 Preintegration Complexes

This report describes an in vitro assay for measuring the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) preintegration complex (PIC)-associated integration activity in the cytoplasmic extracts of acutely infected cells. The integration of PIC-associated HIV-1 DNA into heterologous target DNA is quantified by using a nested real-time polymerase chain reaction strategy.

の測定<em&gt;インビトロ</em&gt; HIV-1プレインテグレーション複合体の統合活動

HIV-1 envelope proteins engage cognate receptors on the target cell surface, which leads to viral-cell membrane fusion followed by the release of the ...

Alternative In Vitro Methods for the Determination of Viral Capsid Structural Integrity

Human norovirus exacts considerable public health and economic losses worldwide. Emerging in vitro cultivation advances are not yet applicable for routine detection of the virus. The current detection and quantification techniques, which rely primarily on nucleic acid amplification, do not discriminate infectious from non-infectious viral particles. The purpose of this article is to present specific details on recent advances in techniques used together in order to acquire further information on the infectivity status of viral particles. One technique involves assessing binding of a norovirus ssDNA aptamer to capsids. Aptamers have the advantage of being easily synthesized and modified, and are inexpensive and stable. Another technique, dynamic light scattering (DLS), has the advantage of observing capsid behavior in solution. Electron microscopy allows for visualization of the structural integrity of the viral capsids. Although promising, there are some drawbacks to each technique, such as non-specific aptamer binding to positively-charged molecules from sample matrices, requirement of purified capsid for DLS, and poor sensitivity for electron microscopy. Nonetheless, when these techniques are used in combination, the body of data produced provides more comprehensive information on norovirus capsid integrity that can be used to infer infectivity, information which is essential for accurate evaluation of inactivation methods or interpretation of virus detection. This article provides protocols for using these methods to discriminate infectious human norovirus particles.

Alternative In Vitro Methods for the Determination of Viral Capsid Structural Integrity

Routine detection methods utilizing viral genome amplification are limited by their inability to discriminate infectious from non-infectious particles. The purpose of this article is to provide detailed protocols for alternative methods to aid in discrimination of infectious norovirus particles using aptamer binding, dynamic light scattering, and transmission electron microscopy.

代替体外ウイルスのカプシド構造健全性の定量方法

Human norovirus exacts considerable public health and economic losses worldwide. Emerging in vitro cultivation advances are not yet applicable for routine ...

A High-throughput Cre-Lox Activated Viral Membrane Fusion Assay to Identify Inhibitors of HIV-1 Viral Membrane Fusion

This assay is designed to specifically report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein (GFP) detectable by flow cytometry or fluorescence microscopy. An HIV-1 reporter virus (HIV-1 Gag-iCre) is generated by inserting Cre recombinase into the HIV-1 genome between the matrix and the capsid proteins of the Gag polyprotein. This results in a packaging of Cre recombinase into virus particles, which is then released into a target cell line stably expressing a Cre recombinase-activated red fluorescent protein (RFP) to GFP switch cassette. In the basal state, this cassette expresses RFP only. Following the delivery of Cre recombinase into the target cell, the RFP, flanked by loxP sites, excises, resulting in GFP expression. This assay can be used to test any inhibitors of viral entry (specifically at the fusion step) in cell-free and cell-to-cell infection systems and has been used to identify a class of purinergic receptor antagonists as novel inhibitors of HIV-1 viral membrane fusion.

We describe a cell-based assay to report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein detectable by flow cytometry or fluorescence microscopy. It can be used to test inhibitors of viral entry (specifically at the fusion step) in cell-free and cell-to-cell infection systems.

高スループットの Cre Lox 活性化ウイルスの膜融合アッセイの HIV-1 ウイルス膜融合阻害剤を識別するために

This assay is designed to specifically report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein (GFP) detectable by flow cytometry or ...

Identification of Nucleolar Factors During HIV-1 Replication Through Rev Immunoprecipitation and Mass Spectrometry

The HIV-1 infectious cycle requires viral protein interactions with host factors to facilitate viral replication, packaging, and release. The infectious cycle further requires the formation of viral/host protein complexes with HIV-1 RNA to regulate the splicing and enable nucleocytoplasmic transport. The HIV-1 Rev protein accomplishes the nuclear export of HIV-1 mRNAs through multimerization with intronic cis-acting targets - the Rev response element (RRE). A nucleolar localization signal (NoLS) exists within the COOH-terminus of the Rev arginine-rich motif (ARM), allowing the accumulation of Rev/RRE complexes in the nucleolus. Nucleolar factors are speculated to support the HIV-1 infectious cycle through various other functions in addition to mediating mRNA-independent nuclear export and splicing. We describe an immunoprecipitation method of wild-type (WT) Rev in comparison to Rev nucleolar mutations (deletion and single-point Rev-NoLS mutations) in the presence of HIV-1 replication for mass spectrometry. Nucleolar factors implicated in the nucleocytoplasmic transport (nucleophosmin B23 and nucleolin C23), as well as cellular splicing factors, lose interaction with Rev in the presence of Rev-NoLS mutations. Various other nucleolar factors, such as snoRNA C/D box 58, are identified to lose interaction with Rev mutations, yet their function in the HIV-1 replication cycle remain unknown. The results presented here demonstrate the use of this approach for the identification of viral/host nucleolar factors that maintain the HIV-1 infectious cycle. The concepts used in this approach are applicable to other viral and disease models requiring the characterization of understudied pathways.

Here we describe Rev immunoprecipitation in the presence of HIV-1 replication for mass spectrometry. The methods described can be used for the identification of nucleolar factors involved in the HIV-1 infectious cycle and are applicable to other disease models for the characterization of understudied pathways.

REV免疫沈殿と質量分析によるHIV-1複製中のヌクレオール因子の同定

The HIV-1 infectious cycle requires viral protein interactions with host factors to facilitate viral replication, packaging, and release. The infectious ...

Detection of Neutralization-sensitive Epitopes in Antigens Displayed on Virus-Like Particle (VLP)-Based Vaccines Using a Capture Assay

The virus-like particle (VLP) capture assay is an immunoprecipitation method, commonly known as a &#39;pull-down assay&#39; used to purify and isolate antigen-displaying VLPs. Surface antigen-specific antibodies are coupled to, and thus immobilized on a solid and insoluble matrix such as beads. Due to their high affinity to the target antigen, these antibodies can capture VLPs decorated with the cognate antigen anchored in the membrane envelope of the VLPs. This protocol describes the binding of antigen-specific antibodies to protein A- or G-conjugated magnetic beads. In our study, human immunodeficiency virus (HIV)-derived VLPs formed by the group-specific antigen (Gag) viral core precursor protein p55 Gag and displaying the envelope glycoproteins (Env) of HIV are examined. The VLPs are captured utilizing broadly neutralizing antibodies (bNAbs) directed against neutralization-sensitive epitopes in Env. The VLP capture assay outlined here represents a sensitive and easy-to-perform method to demonstrate that (i) the VLPs are decorated with the respective target antigen, (ii) the surface antigen retained its structural integrity as demonstrated by the epitope-specific binding of bNAbs used in the assay and (iii) the structural integrity of the VLPs revealed by the detection of Gag proteins in a subsequent Western blot-analysis. Consequently, the utilization of bNAbs for immunoprecipitation facilitates a prediction of whether VLP vaccines will be able to elicit a neutralizing B cell response in vaccinated humans. We anticipate that this protocol will furnish other researchers with a valuable and straightforward experimental approach to examine potential VLP-based vaccines.

Detection of Neutralization-sensitive Epitopes in Antigens Displayed on Virus-Like Particle VLP-Based Vaccines Using a Capture Assay

Here, we present a protocol to detect neutralization epitopes on antigen-displaying virus-like particles (VLPs). Immunoprecipitation of the human immunodeficiency virus (HIV)-derived VLPs is performed using envelope glycoproteins-specific monoclonal antibodies coupled to protein G-conjugated magnetic beads. Captured VLPs are subsequently subjected to SDS-PAGE and Western blot-analysis employing viral core protein Gag-specific antibodies.

捕捉アッセイを用いたウイルス様粒子(VLP)ベースワクチンに対する抗原中中和感受性エピトープの検出

The virus-like particle (VLP) capture assay is an immunoprecipitation method, commonly known as a &#39;pull-down assay&#39; used to purify and isolate ...