The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Danish was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Department of Pathology, University of Texas Medical Branch
This article is a part of JoVE Immunology and Infection. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Kalveram, B., Lihoradova, O., Indran, S. V., Ikegami, T. Using Reverse Genetics to Manipulate the NSs Gene of the Rift Valley Fever Virus MP-12 Strain to Improve Vaccine Safety and Efficacy. J. Vis. Exp. (57), e3400, doi:10.3791/3400 (2011).
Rift Valley fever virus (RVFV), som forårsager hæmoragisk feber, neurologiske lidelser eller blindhed hos mennesker, og en høj abort og fosterskader hos drøvtyggere 1 er blevet klassificeret som et HHS / USDA overlap vælge agent og en risiko gruppe 3 patogen. Den tilhører slægten Phlebovirus i familien Bunyaviridae og er en af de mest virulente medlemmerne af denne familie. Flere omvendt genetik systemer til RVFV MP-12 vaccinestamme 2,3 samt vildtype RVFV stammer 4-6, herunder ZH548 og ZH501, er blevet udviklet siden 2006. MP-12 stamme (som er en risiko gruppe 2 patogen og en ikke-vælg agent) er stærkt svækket af flere mutationer i sin M-og L-segmenter, men stadig bærer virulent S-segmentet RNA 3, som koder for en funktionel virulens faktor, NSS. Den rMP12-C13type (C13type) transporterer 69% i-frame sletning af NSS ORF mangler alle de kendte NSS funktioner, mens det replikater som efficient som gør MP-12 i VeroE6 celler mangler type I-IFN. NSS inducerer en afspærring af vært transskription herunder interferon (IFN)-beta mRNA 7,8 og fremmer nedbrydning af dobbelt-strenget RNA-afhængig protein kinase (PKR) på post-translationel niveau. 9,10 IFN-beta er transcriptionally opreguleres med interferon regulerende faktor 3 (IRF-3), NF-kB og aktivator protein-1 (AP-1), og bindingen af IFN-beta til IFN-alpha/beta receptor (IFNAR) stimulerer transskription af IFN-alpha gener eller andre interferon stimuleret gener (ISGs) 11, som fremkalder vært antivirale aktiviteter, mens værten transskription undertrykkelse herunder IFN-beta-genet fra NSS forhindrer genet upregulations af disse ISGs som reaktion på virusreplikation selvom IRF-3, NF-kB og aktivator protein-1 (AP-1) kan aktiveres ved RVFV7. . Således NSS er et fremragende mål til yderligere at dæmpe MP-12, og for at forbedre vært medfødte immunrespons ved at afskaffe den IFN-beta undertrykkelse funktion. Her, Vi beskriver en protokol for at generere en rekombinant MP-12 kodning muterede NSS, og giver et eksempel på en screeningsmetode til at identificere NSS mutanter mangler den funktion at undertrykke IFN-beta mRNA syntese. Ud over sin afgørende rolle i medfødte immunitet, er type-I IFN betydning for modningen af dendritiske celler og induktion af et adaptivt immunrespons 12-14. Således NSS mutanter overtalelse type I-IFN er yderligere svækket, men samtidig er mere effektive til at stimulere vært immunrespons end vildtype-MP-12, hvilket gør dem ideelle kandidater til vaccination tilgange.
1. Inddrivelse af rekombinant MP-12 kodning NSS mutation (r) fra plasmidet DNA'er 2
2. Forstærkning af P0-virus
3. Titrering af rekombinant MP-12 ved plaque assay
4. Screening af NSS mutanter som mangler den type I-IFN undertrykkelse funktion
5. Repræsentative resultater:
Det omvendte genetik systemet konsekvent genereret levedygtige rekombinant MP-12 vira med titre højere end 1 x 10 6 PFU / ml. C13type virus mangler NSS funktioner dannet store uklar plaques, mens MP-12 dannet tydelige plaques i forskellige størrelser 2 (Figur 5). Mock-inficerede C57/WT MEF celler eller dem, der smittes med MP-12 har ikke øge SEAP i kultur supernatant sammenlignet med mock-inficerede celler, mens kultur supernatant af C57/WT MEF celler inficeret med C13type indeholdt en øgetniveau af SEAP med 14 timer efter infektion (HPI) (Figur 7). Disse resultater er i overensstemmelse med dem, der opnås ved Northern blotting hjælp af en RNA-probe er specifikke for mus ISG56 mRNA (Figur 8).

Figur 1. Genom struktur RVFV
RVFV har et treparts negative-sense eller ambisense RNA-genom ved navn S-, M-og L-segmentet. S-segment koder N og NSS gener i en ambisense måde. N mRNA syntetiseres fra viral-sense (negativ forstand) S-segmentet, mens NSS mRNA syntetiseres fra anti-viral-sense (positiv-sense) S-segmentet. M-segment koder en enkelt M mRNA og syntetiserer the78kD, NSM, GN eller Gc proteiner ved utætte scanning af flere AUGs på 5'region af M mRNA, efterfulgt af deres co-translationel kavalergang 22,23. L-segment koder L protein. Både N og L proteiner er afgørende for viral transskription og replikation, mens GN og GC er den virale kuvert proteiner. NSS og NSM proteiner strukturmaessige proteiner, som ikke er indarbejdet i viruspartikler.

Figur 2.. Design af plasmid DNA til genopretning af rekombinante RVFV MP-12 stammen
Den cDNA kodning i fuld længde anti-viral-sense S-, M-eller L-segment cloneddownstream af T7 promotor og upstream af hepatitis delta virus (HDV) ribozyme sekvenser, der er udpeget som pProT7-S (+), pProT7-M (+) eller pProT7-L (+), henholdsvis 2. T7 RNA polymerase udtrykt i BHK/T7-9 celler transcribes de RNA kodning fuld længde S-, M-eller L-segment med præcis genom 3 'ende. De åbne læseramme (ORF) af N eller L proteiner er klonet under encephalomyocarditisvirus (EMCV) intern ribosom post websted (IRES), der er udpeget som PT7-IRES-VN eller PT7-IRES-VL, henholdsvis at tillade ikke-reducerede T7 RNA afskrift at blive anerkendt af ribosomer i Cap-uafhænDent måde. M ORF er klonet under kylling b-actin fortaler for pCAGGS plasmid 24, som er udpeget som pCAGGS-VG, at tillade syntese af 78kD, NSM, GN og Gc proteiner, som er genereret fra forskellige AUGs af utætte scanning 23. Både N og L proteiner er nødvendige for at indlede transskription eller RNA replikation, mens PT7-IRES-vn og PT7-IRES-VL ikke er afgørende for inddrivelse af rekombinante MP-12 2, sandsynligvis på grund af den formodede utætte udtryk for Pol- II-drevet renteloft RNA afskrifter kodning N-ORF og L-ORF fra pProT7-S (+) og pProT7-L (+), hhv.

Figur 3. Inddrivelse af RVFV MP-12 fra plasmid DNA
Transfektion af BHK/T7-9 celler med pProT7-S (+), pProT7-M (+), pProT7-L (+), PT7-IRES-VN, PT7-IRES-VL og pCAGGS-VG plasmider (Fig.1 ) genererer smitsom rekombinant RVFV MP-12 stammen i kultur supernatantS. Supernatanten ved 5 dag efter transfektion er indsamlet, og inkuberet til frisk Vero E6 celler for viral forstærkning. Typisk, kan mere end 1 x 10 6 PFU / ml af virus skal inddrives ved 3 til 4 dage efter infektion. De forstærkede virus (E6P1 virus) titreres ved hjælp af plaque assay med Vero E6 celler og bruges til fænotype analyser og immunogenicitet undersøgelser.

Figur 4. S-segment af MP-12 og rMP12-C13type
Sammenligningen af MP-12 og rMP12-C13type (C13type) S-segmenter. Sammenlignet med NSS af MP-12 stammen, er NSS ORF af C13type afkortet med 69%, og er identisk med naturligt isolerede klon 13 stamme 2,25.

Figur 5. Plaque assay for MP-12 (funktionel NSS) og C13type (ikke-funktionelle NSS)
Den monolayer af Vero E6 celler i en 6-brønds plade bruges til plaque assay. Efter 3 dages inkubation med 0,6% agar overlay, den anden agar overlay, der indeholder neutral røde løsning er tilføjet. Så er plaques tælles på dag 4 efter infektion. MP-12 former tydelige plaques af varierede størrelser, mens C13type former store uklare plaques (eller foci). Den godt 10 til 100 plaques bør anvendes til optælling.

Figur 6. Aktivering vej af udskilles alkalisk fosfatase (SEAP) reporter genet i C57/WT MEF celler
Interferon-beta promoter omfatter bindende sekvenser af AP-1, NF-kB og IRF-3. RVFV replikering aktiverer AP-1, NF-kB og IRF-3 7,11. Men NSS hæmme frigivelsen af repressor kompleks fra den IFN-beta promoter selv efter binding af disse transskriptionsfaktorer, og dermed undertrykke syntesen af IFN-beta mRNA 26. Desuden NSS sequesters TFIIH P44 subunits8 og enLSO fremmer nedbrydning af TFIIH P62 subunits 27, således fremkalde en generel vært transskription undertrykkelse herunder IFN-alfa-genet og gener under RS promotor. C13type eller andre NSS mutanter mangler IFN-beta undertrykkelse funktion fremkalde IFN-beta syntese, som igen aktiverer IFN-alpha-promotoren og interferon-følsomme respons element (RS) promotor. IRF-7 er derefter transcriptionally opreguleret ved IFN-alpha/beta stimulering og yderligere opreguleres af IFN-alfa til støtte for IRF-3 28,29. I denne analyse, kode C57/WT MEF celler udskilles alkalisk fosfatase (SEAP) på nedstrøms en kunstig binding sekvens af NF-kB, IRF-3 og IRF-7. Således NSS mutanter mangler IFN-beta undertrykkelse funktion upregulate SEAP hvis sekretion er derefter måles.

Figur 7. Induktion af SEAP ved C13type
C57/WT MEF celler (InvivoGen) blev mock-Smittet eller inficeret med MP-12 eller rMP12-C13type (C13type) på moi af 3 (venstre panel) eller 0,01 (højre panel). Kultur supernatanter (50 μl) ved 14 HPI blev blandet med 200 μl af kvanti-Blue (InvivoGen) substrat i 96 brønds plade og OD-værdierne ved 650 nm blev målt efter 1 h inkubation ved 37 ° C ved en plade læser. Den relative stigninger på SEAP til mock-inficerede celler er vist. De data, der repræsenterer gennemsnittet + / - standardafvigelse af tre uafhængige forsøg. Den kultur supernatant fra C13type-inficerede celler viser øget SEAP, hvilket tyder på mangel på værten transskription undertrykkelse af NSS.

Figur 8. Nordlige skamplet med DIG-mærkede RNA-probe
Vildtype musen embryonale fibroblast (MEF) celler blev mock-smittet eller inficeret med MP-12 eller rMP12-C13type (C13type) på moi af 3. Total RNA blev indsamlet ved 7 HPI ved hjælp Trizol (Invitrogen), og Northern bmasse blev udført ved hjælp digoxigenin-mærket RNA probe specifikke for mus endogene ISG56 mRNA eller MP-12 N mRNA / anti-viral-sense S-segmentet 2,30. For at gøre sonder til mus endogene ISG56 mRNA eller RVFV N mRNA / anti-viral-sense S-segmentet, sæt PCR-fragmenter forstærket af primer af KpnmISG56F (GGG TGG TAC CGC TCC ACT TTC AGA GCC TTC GCA AAG KAG) og HindmISG56 (TAC AAA GCT TAT GGG AGA GAA TGC TGA TGG TGA CCA GG) for ISG56 mRNA eller KpnNF (AGT TGG TAC CAT GGA CAA CTA TCA AGA GCT TGC G) og HindNR (GGG CAA GCT TTT AGG CTG CTG TCT TGT AAG) for RVFV N mRNA / anti-viral-sense S-segmentet blev fordøjet med KPN I og Hind III, og ligated ind pSPT18 plasmid (Roche. Så RNA prober mærket med digoxigenin blev syntetiseret ved hjælp DIG RNA Mærkning Kit (SP6/T7) (Roche, Cat # 1 175 025). Den 28S rRNA-niveau for hver prøve er også vist som lastning kontrol. Wild-type MEF celler inficeret med C13type induceret ISG56 mRNA syntese, mens dem, der smittes med MP-12 Inducerede ikke det, hvilket tyder på mangel på værten transskription undertrykkelse i C13type-inficerede celler. Dataene er i overensstemmelse med dem, der opnås ved SEAP assay i figur 6.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Omvendt genetik systemer til RVFV er udviklet af flere grupper ved at udnytte T7 promotoren 2,4,5 eller mus 3 eller menneskelige 4 pol-I promotor. I dette manuskript, beskriver vi en protokol til at generere rekombinant RVFV MP-12 stammer ved hjælp BHK/T7-9 celler 15, der stabilt udtrykker T7 RNA polymerase. Effektiviteten af virale inddrivelsen forskellig, afhængig af tilstand BHK/T7-9 celler, mængden af plasmider, antallet af transfekterede celler og så videre. Vi har altid forstærke P0 virus i Vero E6 celler for at opnå en høj titer virus lagre til eksperimenter. Type-I IFN-kompetente celler såsom menneskelige lunge diploide (MRC-5) celler kan bruges til viral forstærkning kun, når NSS-funktionen understøttes en effektiv virusreplikation ved at hæmme antivirale aktiviteter, herunder type I-IFN eller PKR.
En plak-analysen er en ganske nyttig metode til titrering MP-12 og NSS mutanter. Som en generel forholdsregel forplaque assay bør celler straks tilføjes med overlay på et passende temperatur efter fjernelsen af virale inokulum. Crystal violet farvning er ikke egnet til påvisning af C13type virus plaques, fordi C13type virus ikke forstyrre monolayer af Vero E6 celler 2. På den anden side kunne neutral røde pletter med succes afsløre plaques dannet af C13type virus. Styrken af cellulære farvning med neutral rød bestemmes af den relative indarbejdelse af neutrale røde farvestof i levende celler. Det er derfor sandsynligt, at C13type-inficerede celler har en reduceret metabolisk aktivitet, som fører til nedsat iblanding af neutral rød farve sammenlignes med ikke-inficerede celler, og som danner en svag farvning fokus. Den krævede mængde neutral røde varierer med masser af neutral red løsning. Langsigtet opbevaring af neutral red løsning ofte genererer bundfald. Dette kan forebygges ved hjælp af varme-opløsning af neutral rød opløsning ved 55 ° C i 10 min, men detpåvirker farvning af celler.
Det er vigtigt at bruge vira med nøjagtige viral titer i eksperimenter. Den titer i en viral bestanden kan være nedsat af medierne med pH-værdi under 6,5 31, der er angivet med gullig farve af phenol rød i den virale lager, langtidsopbevaring, gentagne fryse-tø cykler og så videre. Derfor er det vigtigt at bruge friske viral materiel til dyrs vaccination eller titrere lager igen lige før eksperimentet.
RVFV indkode to karakteriseret strukturmaessige proteiner, NSS og NSM. Den RVFV mangler NSS er betydeligt svækket i dyr 25,32, mens RVFV mangler NSM stadig er yderst virulent hos rotter 33. Således NSS spiller en vigtig rolle som virulens faktor i patogenesen. NSS er et multifunktionelt protein, som inducerer 1) undertrykkelse af værten generelle transskription 8, 2) undertrykkelse af IFN-beta mRNA syntese 26 og 3) forringelse af dsRNA-dependent proteinkinase (PKR) 9,10. Den forældrenes MP-12 stammen kunne yderligere svækket ved at indføre trunkering eller mutationer i NSS. På den anden side er det også vigtigt at fastholde immunogenicitet af sådanne mutant MP-12. Type-I IFN spiller en rolle for modningen af dendritiske celler, hvilket er vigtigt for den differentieringer af T-celler og B-celler 12-14. Forskellige NSS mutanter mangler IFN-beta undertrykkelse funktion, som opretholde fuld eller delvis NSS funktioner, er nyttige til at analysere virkningen af NSS-medieret IFN-beta undertrykkelse funktion på immunogenicitet og sikkerhed af vaccine kandidater. Det er kendt, at celler inficeret med RVFV WT ZH548 stammen aktivere NF-kB, IRF-3, og AP-1 (Figur 6), mens IFN-beta mRNA syntese er undertrykt af NSS på transkriptionel niveau 7. Således MP-12, som udtrykker fuldt funktionel NSS 3, hæmmer syntesen af NF-kB/IRF-3/7-inducible SEAP reportergen mRNA på transcriptional niveau, mens rekombinant MP-12 mangler NSS funktioner såsom C13type kunne få de SEAP mRNA syntese (figur 7). Til korrekt at forstå resultatet af immunogenicitet af sådanne mutanter, bør fænotyper yderligere karakteriseret i cellekultur-system. For eksempel bør den virale replikation kinetik afprøves i type I-IFN kompetente celler såsom menneskelige lunge diploide MRC-5 celler eller musen embryonale fibroblast (MEF) celler. PKR nedbrydning funktion kan testes ved Western blot med antistoffer specifikke for mennesker eller mus PKR. IFN-beta mRNA induktion af NSS mutation skal bekræftes ved det nordlige skamplet med digoxigenin-mærket RNA probe specifik mod human eller mus IFN-beta mRNA. Host generelle transskription undertrykkelse kan afprøves ved at analysere indarbejdelse af en Uridin analoge ind spirende mRNA. I sidste ende bør immunogenicitet og sikkerhed af kandidat MP-12 NSS mutanter blive testet i mus. Typisk, 1 x 10 5 PFU af candidate vaccine fortyndes i PBS gives subkutant og sera indsamlet fra retro-orbital sinus på dag 30 (eller 42) og dag 180 testes for tilstedeværelse af neutraliserende antistoffer ved plaque reduktion neutralisere test (PRNT 80) og total IgG mod RVFV N og GN / Gc af IgG ELISA belagt med oprensede rekombinante virale proteiner. Effekten af vaccinekandidater kan testes ved at udfordre mus ved 42 dage efter immunisering med vild-type ZH501 (f.eks, IP, 1 x 10 3 PFU) på dyr biosikkerhedsniveau (BSL) 4 facilitet eller forbedrede BSL3 + facilitet i USA Den omvendte genetik tilgang er et kraftfuldt værktøj til at designe og generere sikker og immunogen levende svækkede RVFV vacciner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Vi har intet at afsløre.
Dette arbejde blev finansieret af Grant Nummer 5 U54 AI057156-07 via Western Regional Center of Excellence (WRCE), 1 R01 AI08764301-A1 fra National Institute of Allergy og infektionssygdomme, og en intern finansiering fra Sealy Center for Vaccine udvikling på University of Texas Medical Branch.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Minimum Essential Medium (MEM)-alpha | Invitrogen | 32561037 | |
| Dulbecco’s modified minimum essential medium | Invitrogen | 11965092 | |
| Modified Eagle Medium (MEM 2x) | Invitrogen | 11935046 | |
| Penicillin-Streptomycin | Invitrogen | 15140122 | |
| Hygromycin B | Cellgro | 30-240-CR | |
| Tryptose phosphate broth | MP Biomedicals | 1682149 | |
| Noble agar | VWR international | 101170-362 | |
| TransIT-LT1 | Mirus Bio LLC | MIR2300 | |
| Opti-MEM | Invitrogen | 31985070 | |
| Aerosol tight lid | Eppendorf | C-2223-25 | |
| 0.33% neutral red solution | Sigma-Aldrich | N2889-100ML | |
| C57/WT MEF cells | Invitrogen | mef-c57wt | |
| Blasticidin S | Invitrogen | Ant-bl-1 | |
| Zeocin | Invitrogen | ant-zn-1 | |
| QUANTI-Blue | Invitrogen | rep-qb1 | |
| BHK/T7-9 cells15 | Gifu university, Japan | ||
| Vero E6 cells | ATCC | CRL-1586 |