Method Article
Лентивирусов являются ценным исследовательским инструментом для изучения функции генов, однако, исследователи, возможно, пожелают, чтобы избежать производства пантропный кодирования лентивирус известных или подозреваемых онкогенов. В качестве альтернативы, мы представляем безопаснее протокол для использования ecotropic лентивирус на клетки человека изменен, чтобы выразить ecotropic mSlc7a1 рецепторов.
Stem and tumor cell biology studies often require viral transduction of human cells with known or suspected oncogenes, raising major safety issues for laboratory personnel. Pantropic lentiviruses, such as the commonly used VSV-G pseudotype, are a valuable tool for studying gene function because they can transduce many cell types, including non-dividing cells. However, researchers may wish to avoid production and centrifugation of pantropic viruses encoding oncogenes due to higher biosafety level handling requirements and safety issues. Several potent oncogenes, including c-Myc and SV40 large T antigen, are known to enhance production of induced pluripotent stem cells (iPSC). All other known iPSC-inducing genetic changes (OCT4, SOX2, KLF4, NANOG, LIN28, and p53 loss of function) also have links to cancer, making them of relatively high safety concern as well.
While these cancer-related viruses are useful in studying cellular reprogramming and pluripotency, they must be used safely. To address these biosafety issues, we demonstrate a method for transduction of human cells with ecotropic lentivirus, with additional emphasis on reduced cost and convenient handling. We have produced ecotropic lentivirus with sufficiently high titer to transduce greater than 90% of receptor-expressing human cells exposed to the virus, validating the efficacy of this approach.
Lentivirus is often concentrated by ultracentrifugation; however, this process takes several hours and can produce aerosols infectious to human biomedical researchers. As an alternative, viral particles can be more safely sedimented onto cells by complexation with chondroitin sulfate and polybrene (CS/PB). This technique increases the functional viral titer up to 3-fold in cells stably expressing murine retrovirus receptor, with negligible added time and cost. Transduction of human dermal fibroblasts (HDFs) is maximally enhanced using CS/PB concentrations approximately 4-fold lower than the optimal value previously reported for cancer cell lines, suggesting that polymer concentration should be titrated for the target cell type of interest. We therefore describe the use of methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) to assay for polymer toxicity in a new cell type. We observe equivalent viability of HDFs after viral transduction using either polymer complexation or the standard dose of polybrene (PB, 6 μg/ml), indicating minimal acute toxicity.
In this protocol, we describe the use of ecotropic lentivirus for overexpression of oncogenes in human cells, reducing biosafety risks and increasing the transduction rate. We also demonstrate the use of polymer complexation to enhance transduction while avoiding aerosol-forming centrifugation of viral particles.
1. Lentivirus production, harvest, and freezing
2. Transduction of human target cells with murine retrovirus receptor Slc7a1
3. Polymer complex titration to determine toxicity
4. Ecotropic transduction with polymer complexation
5. Verifying specificity of ecotropic transduction
6. Representative results:
Fig. 1A shows the lentivirus production process, and Fig. 1B shows transduction of human cells with ecotropic lentivirus, including pre-transduction with murine retrovirus receptor Slc7a1. For titering virus, we use a human rhabdomyosarcoma cell line stably transduced with Slc7a1 (Slc-hRMS). When using fluorescent control vectors to monitor transduction efficiency, we routinely achieve > 90% transduction efficiency of Slc-hRMS with ecotropic virus, as shown in Fig. 2A and 2B. Transduction rates of HDFs are generally lower because the cells have not been blasticidin-selected for receptor expression (Fig. 2C). Titers of ecotropic lentivirus are generally 10-20% of VSV-pseudotyped virus when measured on Slc-hRMS (Fig. 2D).
One freeze-thaw cycle reduces titer of ecotropic virus by 16 - 3%, equal to titer loss during a single freeze-thaw cycle of VSV-pseudotyped virus (p > 0.05). Contrary to previous reports,2 we observe no positive effect on virus titer from flash freezing in dry ice. Rather, we achieve higher post-thaw titers of either pseudotype by simply placing tubes of virus into a -80°C freezer (data not shown).
The MTT viability assay allows sensitive detection of growth arrest in target cells. Transduction with virus plus concentrations of CS/PB up to 800 μg/ml has no effect on HDF metabolism (Fig. 3A). Exposure to CS/PB without virus also has no toxic effect on cells (data not shown). FACS analysis of HDFs transduced with virus plus various concentrations of CS/PB shows enhancement of transduction compared to PB alone (Fig. 3B). The maximum enhancement occurs at 100 μg/ml CS/PB (Fig. 3C), several-fold lower than previously reported values.3 Thus, it is important to optimize conditions for any given target cell type.
Complexation with CS/PB enhances the observed titer roughly 3-fold in Slc-hRMS (Fig. 4A, p < 0.01). In practice, this yields a greater effect on transduction efficiency at low virus concentrations than at higher concentrations (Fig. 4B), which is most likely due to multiply transduced cells and receptor saturation at higher virus concentrations.
Transduction with ecotropic virus is specific for cells expressing murine retrovirus receptor. When transducing unmodified human cells with ecotropic virus, we have not observed fluorescence greater than the untransduced background whether using PB or CS/PB, as shown in Fig. 5A. Microscopically, HDFs show no transduction in the absence of receptor (Fig. 5B) while pre-transduction with receptor results in fluorescent cells (Fig. 5C).
Figure 1. Schematic view of (A) the virus production process and (B) transduction of human cells with murine retrovirus receptor followed by ecotropic lentivirus.
Figure 2. High-efficiency transduction of human cells with ecotropic lentivirus encoding GFP. Cells were pre-transduced with murine retrovirus receptor Slc7a1. (A) Human rhabdomyosarcoma cell line blasticidin-selected for Slc7a1 (Slc-hRMS), transduced (blue) or untransduced (pink) with GFP. (B) Fluorescent micrograph of ecotropic-transduced Slc-hRMS (4X). (C) HDFs transduced (blue) and untransduced (pink) with ecotropic GFP lentivirus; cells were transduced with Slc7a1 two days prior to ecotropic transduction. (D) Titer of VSV-G pseudotyped and ecotropic lentivirus, measured on Slc-hRMS.
Figure 3. Optimizing chondroitin sulfate/polybrene (CS/PB) concentrations in human dermal fibroblasts. (A) Viability of HDFs measured by MTT assay after transduction in the presence of PB only or with varied concentrations of CS/PB. (B) Enhancement of transduction efficiency in HDFs by different concentrations of CS/PB, measured by FACS. (C) Quantification of transduction enhancement, showing that maximum transduction occurs at 100 μg/ml CS/PB.
Figure 4. Effect of 400 μg/ml CS/PB on transduction of Slc-hRMS with ecotropic lentivirus. (A) Titer enhancement, and (B) fold change in transduction rate compared to 6 μg/ml polybrene alone.
Figure 5. Lack of ecotropic transduction of HDFs in the absence of murine retrovirus receptor Slc7a1. (A) FACS plot of BJ human fibroblasts, untransduced (pink) or transduced (blue) with ecotropic GFP lentivirus in both cases in the absence of receptor Slc7a1. BJ human fibroblasts transduced with ecotropic GFP lentivirus, without (B) and with (C) pre-transduction with receptor Slc7a1 (4X).
Рекомбинантный ecotropic gammaretrovirus на основе Молони мышиного вируса лейкоза (MLV) и его рецептор mSlc7a1 хорошо изучены и широко доступны, что оно использовалось более 20 лет для доставки трансгенов в мышиных клетках. Ecotropic gammaretrovirus также используется в последнее время для доставки онкогенов в клетках человека;. В контексте сотовых перепрограммирования, использование mSlc7a1, чтобы избежать поколения amphotropic вирус укрывательство человека онкогенов хорошо известна 4,5 Тем не менее, лентивирус обеспечивает значительные преимущества по сравнению с gammaretrovirus В трансдуцирующих огнеупорных клеточных популяций, 6, включая первичные клетки, которые часто желательно цели для перепрограммирования, так как лентивирусов предварительной интеграции комплекса позволяет трансдукции, не делящихся клеток. 7
Лентивирусов были произведены с десятками различных pseudotypes, в том числе MLV, в попытке изменить вирус тропизм, токсичность и другие свойства. 8 MLV-pseudotyped ecotropic лентивирус была использована для трансдукции клеток мыши, 9, но редко используется на клетки человека 10. Поэтому мы предлагаем использование MLV-pseudotyped ecotropic лентивирус как безопасный, экономичный и высокоэффективный автомобиль для доставки известных или подозреваемых онкогенов, в том числе сотовых перепрограммирования факторов, в клетках человека.
Важно отметить, что этот протокол не полностью избавляет от необходимости производить и использовать пантропный лентивирус, а, скорее, этот протокол отделяет онкоген (ы) из пантропный вирус, изоляционные исследователей из потенциальных самостоятельной прививки связанных с раком вирусов. MSlc7a1 белка и его гомолог человеческого hSlc7a1 являются повсеместно выразил аминокислоты перевозчиков кислоты, не известны туморогенность или способность даровать селективное преимущество роста на клетки-реципиенты, 11 решений mSlc7a1 сравнительно низким уровнем риска для включения в amphotropic вируса. Это добавило шаг может быть особенно полезным в лабораториях не хватает посвященный вирусу или объектов культуры тканей необходимого уровня биобезопасности.
В некоторых ситуациях это может быть возможным, чтобы полностью отказаться от использования пантропный вируса путем трансфекции плазмидой Slc7a1 непосредственно в клетки-мишени, однако многие клетки, которые были бы полезными целями этой техники также поддаются трансфекции. В качестве альтернативы, способность изолировать Slc7a1-трансдуцированных клеток выбор blasticidin означает, что VSV-G pseudotyped лентивирус может быть использован только один раз, чтобы создать запас рецепторами клеток, экспрессирующих, после чего ecotropic вирус может быть использован для трансдукции обычно эти клетки для многих экспериментов. Исследователи должны всегда следовать их институциональных правил техники безопасности при работе с любым лентивирус, независимо от его тропизм.
Титры ecotropic вируса достигнуты с этим протоколом умеренно ниже, чем VSV-pseudotyped вирус, как правило, 10-20% пантропный титр вируса, в соответствии с предыдущими исследованиями. 9 Эти титры были измерены в клетках человека стабильно трансдуцированных с Slc7a1, так что нижняя наблюдается титр для ecotropic вирус может быть частично обусловлено разнообразными экспрессии рецептора гена в клетки-мишени. Тем не менее, вирусные титры достигнута в наш протокол более чем достаточно для большинства приложений и привести к трансдукции большинства клеток, в некоторых случаях> 90% клеток.
Центрифугирование методы на основе широко используются для сконцентрироваться вирусных частиц. Тем не менее, центрифугирования требует нескольких часов, генерирует инфекционных аэрозолей, и может привести к значительной потере вирусных частиц. 12 В качестве альтернативы, комплексообразование с НЦБ / PB может быть использован для повышения трансдукции без изменения вирусной тропизм. 3 Этот метод быстрого (5 минут ) и недорогая ($ 0,03 за 10 мл вируса), в то время как примерно в три раза наблюдалось титр. Никакого специального оборудования или собственности реагенты необходимы, и мы наблюдали минимальную острую токсичность после воздействия HDFS для CS / PB, по согласованию с предыдущей работы в других клеточных линий. 13 Одним из потенциальных недостатков этого протокола является то, что некоторые микроскопически видимые полимерных комплексов придерживаться клетки в течение нескольких дней в культуре. Мы не можем исключить возможность того, что эти комплексы, а не открыто токсичны для клеток, может иметь более тонкие эффекты на клеточные процессы.
Здесь мы описали методологию безопасно и эффективно трансдуцирующих человеческие клетки с онкогенными факторами. Этот подход должен быть очень утилита для исследователей, изучающих онкогенов и биологии стволовых клеток, в том числе плюрипотентных клеток.
Финансирование этого проекта была предоставлена Калифорнийского института регенеративной медицины.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Название реагента | Компания | Номер в каталоге | Комментарии |
---|---|---|---|
pLenti6/UbC/mSlc7a1 | Addgene | 17224 | Мышей рецептор MLV |
pMD2.G | Addgene | 12259 | VSV-G конверте |
pCMV-dR8.91 | Д. Trono лаборатории 14 | Упаковка плазмиды (эквивалент плазмиды psPax2 можно получить Addgene, Кат. Количество 12260) | |
pHCMV-EcoEnv | Addgene | 15802 | Ecotropic конверте |
FUGW | Addgene | 14883 | GFP контроль плазмиды |
OptiMEM | Invitrogen | 31985 | |
Fugene HD | Roche | 04 709 705 001 | |
Hexadimethrine бромид (Polybrene) | Sigma-Aldrich | H9268 | |
Хондроитин сульфат натрия соли из акульего хряща | Sigma-Aldrich | C4384 | |
Blasticidin S | Рыболов | ВР 2647100 | |
Methylthiazolyldiphenyl-тетразолия бромид (МТТ) | Sigma-Aldrich | M2128 | |
Igepal CA-630 | Sigma-Aldrich | I3021 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены