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方法文章

一种用于腺相关病毒滴定的定量点印迹检测方法及其在腺相关病毒组装激活蛋白功能评估中的应用

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DOI:

10.3791/56766

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2018年6月12日

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本文内容

摘要

本文详细描述了一种简便的点印迹法,用于定量腺相关病毒(AAV)滴度,并介绍了该方法在研究组装激活蛋白(AAPs)中的应用。AAPs是一类在所有AAV血清型中发现的新型非结构病毒蛋白,可促进同源及异源AAV血清型衣壳的组装。

摘要

尽管腺相关病毒(AAV)被广泛认为是基因治疗中一种理想的载体,它同时也被用作研究病毒生物学的模型病毒。在这一领域,近期发现了一种非结构蛋白——称为组装激活蛋白(AAP),为理解病毒衣壳VP蛋白组装成完整衣壳的过程提供了新的视角。尽管许多AAV血清型的组装依赖于AAP,但我们最近的研究表明,AAV4、AAV5和AAV11是这一规律的例外。此外,我们还发现不同血清型的AAP及其组装完成的衣壳定位于不同的亚细胞区域。这种在不同AAV血清型之间AAP生物学特性与功能作用上的意外异质性,凸显了对来自多种血清型的AAP进行研究的重要性。本文详细描述了一种简便的点印迹(dot blot)检测方法,用于AAV的定量,并应用于评估衣壳组装过程中对AAP的依赖性及血清型特异性。为了展示该点印迹检测方法的应用价值,我们对一种此前未被表征的爬行动物AAV——Snake AAV的衣壳组装特性及其对AAP的依赖性进行了分析,同时纳入了已知不依赖AAP的AAV5和依赖AAP的AAV9作为对照。检测结果显示,Snake AAV的衣壳组装需要Snake AAP,而AAV5和AAV9的AAP无法促进其组装。此外,该检测还表明,与许多可通过交叉互补促进异源衣壳组装的常见血清型AAP不同,Snake AAP不能促进AAV9衣壳的组装。另外,我们发现核酸酶的选择显著影响点印迹检测的结果,因此,选择最适酶对于准确测定AAV滴度至关重要。

引言

腺相关病毒(AAV)是一种小型、无包膜、单链DNA病毒,其基因组大小约为4.7千碱基(kb)。AAV基因组包含编码rep和cap基因的开放阅读框(ORFs)。2010年,Sonntag 等发现了一种此前未被识别的非结构蛋白,该蛋白由AAV2 cap基因内一个+1移码的开放阅读框编码,被证实对AAV2衣壳VP单体蛋白组装成病毒衣壳具有关键作用1。由于该蛋白在促进衣壳组装中发挥功能,这一新型蛋白被命名为组装激活蛋白(assembly-activating protein, AAP)1。

AAP 的开放阅读框(ORF)已通过生物信息学方法在 Dependoparvovirus 属所有细小病毒的基因组中被鉴定出,但在细小病毒科其他属病毒的基因组中未发现1,2。对该新型蛋白的功能研究最初集中于原型腺相关病毒2型(AAV2)的 AAP(AAP2),已证实 AAP2 在将未组装的 VP 蛋白靶向至核仁以积累并形成完整组装衣壳的过程中发挥关键作用1,3,<....

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方案

注意:本方案所需溶液和缓冲液的配制方法见表1。下述方案针对VP-AAP交叉互补点印迹实验,用于研究AAP蛋白在衣壳组装中的作用。更通用的纯化AAV载体滴度定量点印迹实验方法详见代表性结果部分。

1. VP3、AAP 和 AAV2 Rep 表达质粒的构建

  1. pCMV-AAVx-VP3(x = 血清型)的构建
    1. 使用高保真DNA聚合酶及以下引物对,通过PCR扩增整个VP3开放阅读框(1.6 kb):VP3上游引物,CTAA-RE1-CACC-N25 (VP3 ORF 的前25个核苷酸);VP3 反向,TCTT-RE2-N25 (VP3 ORF 的最后25个核苷酸)。
      注意:RE1 和 RE2 是用于克隆的限制性内切酶(REs)位点。CTAA 和 TCTT 是添加至双链 DNA 末端附近的 5' 和 3' 端四核苷酸序列,以促进限制性内切酶消化。CACC 是 Kozak 共识序列。
    2. 将经限制性内切酶(RE)消化的PCR产物克隆至哺乳动物表达载体相应的RE位点中,该载体采用人巨细胞病毒即刻早期(CMV-IE)增强子-启动子以实现高水平表达。
      注意:进行分子克隆时,消化 5 µg 用限制性内切酶以每微克4单位的浓度对骨架质粒DNA进行酶切µg DNA在最....

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结果

大规模制备的纯化AAV载体库存液定量点印迹结果的代表性示例如下所示 图1通过该点印迹法测定了双链AAV2G9-CMV-GFP病毒载体储备液的滴度。该载体经两轮氯化铯(CsCl)密度梯度超速离心纯化,随后进行透析,具体方法如前所述。20通常情况下,对于纯化的AAV载体储备液,每种AAV载体储备液需取三个不同的体积例如, 0.3 µL, 0.1 µL,以及 0.03 µL) 采用上述点印迹实验步骤进行重复实验,其中以DNase I酶A替代 S. marcescens 在步骤3.2中使用内切核酸酶,在步骤3.4中使用市售试剂盒提取和纯化病毒DNA(参见 材料清单)。在所示的示例中 图1,从每个质粒DNA标准品获得的信号强度值(任意单位)(图1A) 根据已知的DNA量绘制标准曲线(

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讨论

本报告描述了定量点印迹法在研究 AAV AAP 及其在衣壳组装中作用方面的应用价值。这些研究获得的知识可为不同血清型之间 AAV 衣壳组装过程的内在差异以及 AAP 的功能角色提供详细的见解。在这方面,AAV VP3-AAP 互补点印迹实验表明,Snake AAV VP3 在衣壳组装过程中严格依赖其同源 AAP 的共表达,而 Snake AAP 不能促进异源血清型的衣壳组装。这一现象引人关注,因为此前研究过的依赖 AAP 的 AAV 血清型(AAV1、2、3、6、7、8、9 和 12)均能够在一定程度上利用异源 AAP 完成组装6。

定量点印迹或狭缝印迹杂交是一种传统方法,可方便地同时定量多个样品中的核酸含量25。在20世纪90年代qPCR普及之前,该方法已被广泛用于DNA和RNA的定量26,27。尽管qPCR在灵敏度更高、动态范围更广方面优于定量点印迹及其他基于杂交的检.......

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

感谢北卡罗来纳大学教堂山分校的 Xiao Xiao 提供 pEMBL-CMV-GFP 质粒。感谢 Christopher Cheng 和 Samuel J. Huang 对手稿的审阅。本研究得到了公共卫生服务基金(NIH R01 NS088399 和 T32 EY232113)的支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
苯并核酸酶MilliporeSigma1016970001在正文中的名称为 Serratia marcescens 内切核酸酶。
DNase IRoche4716728001在正文中的名称为 DNase I 酶 A。
DNase IInvitrogen18047019在正文中的名称为 DNase I 酶 B。
DNase INew England BiolabsM0303L在正文中的名称为 DNase I 酶 C。
1.5 mL 带O型圈螺口离心管Corning430909
1.5 mL 微量离心管Thermo Fisher Scientific05-408-129
15 mL 聚丙烯圆锥形离心管Corning352097
3 M 醋酸钠TeknovaS0298
50 mL 聚丙烯圆锥形离心管Corning430291
AAV-293 细胞Agilent240073用于包装 AAV 病毒颗粒的优化 HEK-293 细胞系。
AccuGENE 0.5 M EDTA 溶液Lonza51234
AccuGENE 1 M Tris-HCl pH 8.0Lonza51238
AccuGENE 10% SDSLonza51213
AccuGENE 1X TE 缓冲液Lonza51235
Bio-Dot 装置Bio-Rad1706545
牛血清白蛋白MilliporeSigmaA3294
细胞刮刀Corning3008
氯仿MilliporeSigma372978
DNA 提取试剂盒Wako Pure Chemical Industries295-50201用于纯化病毒的定量点杂交实验。我们仅使用制造商提供的说明书方案2中每一步推荐试剂体积的一半。
Dulbecco’s 改良伊格尔培养基(DMEM)-高糖(4.5 g/L)Lonza12-614F
ElectroMAX DH10B 细胞Thermo Fisher Scientific18290015
200 证明乙醇Decon Labs2716
胎牛血清VWR1500-500
Ficoll 400Alfa AesarB22095在文中称为多聚蔗糖 400。
荧光显微镜ZeissAxiovert 40 CFL
糖原Roche10901393001
鲱鱼精子 DNAInvitrogen15634-017
杂交管Thermo Fisher Scientific13-247-150
ImageQuant TLGE Healthcare Life SciencesImageQuant TL
L-谷氨酰胺 200 mMLonza17-605E
六水合氯化镁MilliporeSigmaM0250
MicroPulser 电穿孔仪Bio-Rad1652100
Mini Quick Spin DNA 柱MilliporeSigma11814419001
pAAV-RC2 载体Cell Biolabs IncVPK-422
青霉素/链霉素 10K/10KLonza17-602E
磷酸盐缓冲液Lonza17-516F
磷屏成像曝光盒GE Healthcare Life SciencesVarious
磷屏成像板GE Healthcare Life SciencesVarious
质粒大提试剂盒QIAGEN12162
Platinum Pfx DNA 聚合酶Invitrogen11708013
聚乙烯亚胺Polysciences Inc23966-2
聚乙烯吡咯烷酮MilliporeSigmaP5288
Prime-It II 随机引物标记试剂盒Agilent Technologies300385
引物 AAP 正向(N25 为 AAP ORF 第4个核苷酸起始的25个核苷酸,RE1 为用于克隆的限制性内切酶位点):CTAA-RE1-CACCATGGACTACAAGGA
CGACGATGACAAA-N25
MilliporeSigma定制引物
引物 AAP 反向(N25 为 AAP ORF 最后25个核苷酸,RE2 为用于克隆的限制性内切酶位点):TCTT-RE2-N25MilliporeSigma定制引物
引物 VP3 正向(N25 为 VP3 ORF 起始的25个核苷酸,RE1 为用于克隆的限制性内切酶位点):CTAA-RE1-CACC-N25MilliporeSigma定制引物
引物 VP3 反向(N25 为 AAP ORF 最后25个核苷酸,RE2 为用于克隆的限制性内切酶位点):TCTT-RE2-N25MilliporeSigma定制引物
蛋白酶 K 溶液Invitrogen25530-049
限制性内切酶New England BiolabsVarious
鲑鱼精子 DNAInvitrogen15632011
血清移液管Thermo Fisher Scientific13-678-11D / 13-678-11E / 13-678-11
氯化钠Thermo Fisher ScientificS271-10
三碱柠檬酸钠二水合物MilliporeSigmaC8532
T4 DNA 聚合酶New England BiolabsM0203L
PCR 仪Eppendorf6321000515
组织培养处理的 6 孔板Corning353046
Tris 碱Thermo Fisher ScientificBP152-5
Typhoon FLA 7000GE Healthcare Life Sciences28955809
UltraPure 缓冲饱和酚Invitrogen15513-047
紫外交联仪SpectrolineXLE-1000使用最佳交联模式,提供 120 mJ/cm2 的紫外能量剂量。
Zeta-Probe 膜Bio-Rad162-0165

参考文献

  1. Sonntag, F., Schmidt, K., Kleinschmidt, J. A. A viral assembly factor promotes AAV2 capsid formation in the nucleolus. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (22), 10220-10225 (2010).
  2. Sonntag, F., et al. The assembly-activating protein p....

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