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Department of Pathology, University of Texas Medical Branch
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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).
Valle del Rift virus de la fiebre (RVFV), que causa la fiebre hemorrágica, trastornos neurológicos o ceguera en los seres humanos, y una alta tasa de aborto y de malformaciones fetales en los rumiantes 1, ha sido clasificado como HHS / USDA se superponen agente de seleccionar un agente patógeno y el nivel 3. Pertenece al género Phlebovirus de la familia Bunyaviridae, y es uno de los miembros más virulenta de esta familia. Varios sistemas de genética inversa para la cepa RVFV MP-12 2,3 vacuna, así como las cepas salvajes RVFV 4-6, incluyendo ZH548 y ZH501, se han desarrollado desde el año 2006. El MP-12 cepa (que es un grupo de riesgo 2 y un agente patógeno no seleccionar) está muy atenuado por varias mutaciones en su M y L-segmentos, pero todavía lleva virulenta S-segmento de ARN 3, que codifica una virulencia funcional factor, NSS. El rMP12-C13type (C13type) la realización de 69% en el marco de la eliminación de Sociedades Nacionales ORF carece de todas las funciones conocidas Sociedades Nacionales, al mismo tiempo que se replica como eficient al igual que el MP-12 en células que carecen de VeroE6 tipo I IFN. Sociedades Nacionales induce una desconexión de la transcripción de host, entre ellos el interferón (IFN) beta-ARNm 7,8 y promueve la degradación de la doble hélice de proteína quinasa dependiente de ARN (PKR) en el nivel post-traduccional 9,10. IFN-beta es transcripcionalmente regulado al alza por el interferón factor regulador 3 (IRF-3), NF-kB y la proteína activadora-1 (AP-1), y la unión de IFN-beta de IFN-alpha/beta receptor (IFNAR) estimula la transcripción de IFN-alfa genes u otros genes de interferón estimulado (ISGs) 11, lo que induce a las actividades de acogida antiviral, mientras que la supresión de acogida transcripción incluyendo IFN-beta de genes por Sociedades Nacionales evita que el gen de los upregulations ISGs en respuesta a la replicación viral a pesar de la FIC-3, NF-kB y activador proteína-1 (AP-1) puede ser activada por RVFV7. . Por lo tanto, NSS es un excelente objetivo para atenuar aún más MP-12, y para mejorar las respuestas inmunitarias del huésped natural por la abolición de la función de supresión de IFN-beta. Aquí, Se describe un protocolo para la generación de una proteína recombinante MP-12 Sociedades Nacionales de codificación mutado, y proporcionar un ejemplo de un método de cribado para identificar mutantes que carecen de Sociedades Nacionales de la función de reprimir IFN-beta síntesis de ARNm. Además de su papel esencial en la inmunidad innata, el tipo de IFN-I es importante para la maduración de las células dendríticas y la inducción de una respuesta adaptativa inmune 12-14. Por lo tanto, la inducción de mutantes Sociedades Nacionales de tipo I IFN son más atenuados, pero al mismo tiempo son más eficientes para estimular respuestas inmunes del huésped de tipo salvaje MP-12, que los convierte en candidatos ideales para los enfoques de vacunación.
1. Recuperación de MP-12 recombinante mutación Sociedades Nacionales de codificación (s) a partir del plásmido ADN 2
2. La amplificación del virus de la P0
3. La titulación de recombinantes MP-12 por la placa de ensayo
4. Detección de mutantes que carecen de Sociedades Nacionales de la función de tipo I IFN supresión
5. Los resultados representativos:
El sistema de genética inversa generado consistentemente viable recombinante MP-12 virus con títulos superiores a 1 x 10 6 ufp / ml. C13type virus que carecen de funciones de Sociedades Nacionales forman grandes placas turbias, mientras que MP-12 formó placas claras de diferentes tamaños 2 (Figura 5). Simulacro de las células infectadas por el MEF C57/WT o los infectados por el MP-12 no aumentó el nivel de la SEAP en el sobrenadante del cultivo en comparación con el modelo de las células infectadas, mientras que el sobrenadante de cultivo de células MEF C57/WT infectados con C13type contenía un aumento denivel de la SEAP por 14 horas post-infección (hpi) (Figura 7). Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Northern blot utilizando una sonda de ARN específicas para ratón ISG56 ARNm (Figura 8).

Figura 1. Genoma estructura de RVFV
RVFV tiene un tripartito en sentido negativo o ambisense genoma de ARN llamado S, M, L y segmentos. S-segmento codifica genes N y Sociedades Nacionales de manera ambisense. N ARNm se sintetiza a partir viral de sentido (sentido negativo) S-segmento, mientras que Sociedades Nacionales de ARNm se sintetiza a partir anti-viral de sentido (sentido positivo) S-segmento. M-segmento codifica un ARNm M de simple y sintetiza the78kD, Nm, GN o las proteínas Gc por fugas de escaneo de AUGs varios 5'region de ARNm M, seguido por sus compañeros de división de traslación 22,23. L-segmento codifica la proteína L. Ambas proteínas N y L son esenciales para la transcripción y replicación viral, mientras que Gn y Gc son las proteínas de la envoltura viral. Sociedades Nacionales y de las proteínas Nm son las proteínas no estructurales, que no se incorporan a las partículas del virus.

Figura 2.. Diseño del plásmido de ADN para la recuperación de recombinantes RVFV MP-12 cepa
La codificación de cDNA de longitud completa anti-viral de sentido S, M, L o segmentos son cloneddownstream del promotor T7 y aguas arriba de la hepatitis delta virus (HDV) secuencias de ribozima, designada como pProT7-S (+), pProT7-M (+), o pProT7-L (+), respectivamente 2. T7 ARN polimerasa se expresa en las células BHK/T7-9 transcribe la codificación de ARN de larga duración en S, M, L o segmentos con precisión genoma extremo 3 '. El marco de lectura abierta (ORF) de N o L proteínas son clonados en la encefalomiocarditis virus (EMCV) del sitio interno de entrada al ribosoma (IRES), que se designan como pT7-IRES-vN o pT7-VL-IRES, respectivamente, para permitir que el destapado T7 ARN transcrito a ser reconocido por los ribosomas en la tapa de inde-dente manera. La ORF M se clona en el pollo b-actina promotor de pCAGGS plásmido 24, que se designa como pCAGGS-VG, para permitir la síntesis de 78kD, Nm, Gn y Gc proteínas, que son generados a partir de diferentes AUGs por fugas de barrido 23. Ambas proteínas N y L son necesarios para iniciar la transcripción o la replicación del ARN, mientras que el pT7-IRES-vN y pT7-IRES vL-no son esenciales para la recuperación de proteínas recombinantes de 2 MP-12, probablemente debido a la expresión presumible fuga de Pol- II impulsado por un tope codificación de las transcripciones de ARN N-ORF y L-ORF de pProT7-S (+) y pProT7-L (+), respectivamente.

Figura 3. Recuperación de RVFV MP-12 a partir del ADN plásmido
La transfección de células con BHK/T7-9 pProT7-S (+), pProT7-M (+), pProT7-L (+), pT7-IRES-vN, pT7-IRES-vL y pCAGGS-VG plásmidos (Fig. 1 ) genera infecciosas recombinante RVFV MP-12 en el sobrenadante de cultivo de la cepas. El sobrenadante a 5 días después de la transfección se recoge, y se pasaron al fresco las células Vero E6 para la amplificación viral. Por lo general, más de 1 x 10 6 ufp / ml de virus se puede recuperar de 3 a 4 días post infección. El virus de la amplificación (E6P1 virus) se valora mediante el uso de la placa de ensayo con células Vero E6 y se utiliza para el análisis de fenotipo y estudios de inmunogenicidad.

Figura 4. S-segmento de MP-12 y rMP12 C13type-
La comparación de las MP-12 y rMP12-C13type (C13type) S-segmentos. En comparación con Sociedades Nacionales de la cepa MP-12, la ORF Sociedades Nacionales de C13type se trunca en un 69%, y es idéntica a la del natural aislado clon 13 cepa 2,25.

Figura 5. Placa de ensayo para MP-12 (Sociedades Nacionales funcional) y C13type (no funcional NSS)
La monocapa de Vero E6 células en una placa de 6 pocillos se utiliza para la placa de ensayo. Después de 3 días de incubación, con una capa de agar 0,6%, la segunda capa de agar que contiene la solución de rojo neutro, se añade. Luego, las placas se cuentan en días después de la infección 4. MP-12 forma placas clara de tamaños variados, mientras que las formas C13type grandes placas turbias (o focos). El pozo de 10 a 100 placas deben utilizarse para el recuento.

Figura 6. La activación de la vía segregada de la fosfatasa alcalina (SEAP) reportero de genes en células MEF C57/WT
El interferón-beta promotor incluye las secuencias de unión de AP-1, NF-kB y la IRF-3. Replicación activa RVFV AP-1, NF-kB y 7,11 IRF-3. Sin embargo, el NSS inhibir la liberación de complejo represor del promotor de IFN-beta, incluso después de la unión de los factores de transcripción, por lo que suprime la síntesis de ARNm de IFN-beta 26. Por otra parte, NSS secuestra TFIIH P44 subunits8 y unlso promueve la degradación de p62 TFIIH subunidades 27, lo que induce una supresión de acogida transcripción general, incluyendo IFN-alfa de genes y genes bajo el promotor ISRE. Mutantes C13type Sociedades Nacionales u otras que carecen de IFN-beta función de supresión de inducir la síntesis de IFN-beta, que a su vez activa el promotor de IFN-alfa y el promotor de la respuesta del interferón-elemento sensible (NTR). IRF-7 es entonces transcriptionally upregulated por la estimulación IFN-alpha/beta y más regulado al alza por el IFN-alfa en apoyo de la FIC-3 28,29. En este ensayo, las células MEF C57/WT codifica la fosfatasa alcalina secretada (SEAP) en el río abajo de una secuencia artificial de unión de NF-kB, IRF-3 y IRF-7. Por lo tanto, los mutantes que carecen de Sociedades Nacionales de IFN-beta función de supresión de upregulate SEAP cuya secreción se mide.

Figura 7. La inducción de la SEAP por C13type
C57/WT células MEF (Invivogen) se burlanInfectados o infectados por el MP-12 o rMP12-C13type (C13type) a moi de 3 (panel izquierdo) o 0,01 (panel derecho). Sobrenadantes de cultivo (50 l) a las 14 hpi se mezclaron con 200 l de Quanti-azul (Invivogen) sustrato en placa de 96 pocillos y los valores de DO a 650 nm se midió después de 1 h de incubación a 37 ° C por un lector de placas. Los incrementos relativos de la SEAP para burlarse de las células infectadas se muestran. Los datos representan la media + / - desviación estándar de tres experimentos independientes. El sobrenadante de cultivo de las células infectadas por C13type SEAP muestra un aumento, lo que sugiere la falta de supresión de acogida transcripción de la NSS.

Figura 8. Mancha del Norte con la etiqueta DIG-sonda de ARN
De tipo salvaje fibroblastos embrionarios de ratón (MEF), las células fueron modelo de infectados o infectadas con el MP-12 o rMP12-C13type (C13type) a moi de 3. El ARN total se recogió a las 7 de hpi usando Trizol (Invitrogen), y b del Nortemucho se llevó a cabo mediante el uso de la sonda marcada con digoxigenina ARN específicos de ratón endógeno ISG56 ARNm o MP-12 mRNA N / anti-viral de sentido S-segmento de 2,30. Para la toma de las sondas para el ratón endógeno ISG56 ARNm o mRNA de RVFV N / anti-viral de sentido S-segmento, los fragmentos de PCR amplificado por el primer conjunto de KpnmISG56F (GGG TAC TGG CGC TCC ACT TTC AGA GCC TTC ACG CAG AAG) y HindmISG56 (TAC AAA GGG GCT TAT AGA GAA TGC TGG TGA TGA CCA GG) para ISG56 ARNm o KpnNF (AGT TGG TAC TAC GGA CAA CTA TCA AGA GCT TGC G) y HindNR (CAA GGG GCT TTT AGG CTG CTG TCT TGT AAG) para RVFV ARNm N / anti-viral de sentido S-segmento se digiere con Kpn I y Hind III, y se ligó en pSPT18 plásmido (Roche. Luego sondas de ARN marcadas con digoxigenina fueron sintetizados utilizando DIG RNA Etiquetado Kit (SP6/T7) (Roche, cat # 1 175 025). El nivel de 28S rRNA de cada muestra se muestra también como control de carga. células de tipo salvaje MEF infectados con C13type la síntesis de ARNm inducida ISG56, mientras que los infectados por el MP-12 No lo induce, lo que sugiere la falta de supresión de acogida de transcripción en las células infectadas por C13type. Los datos son consistentes con los obtenidos por el ensayo de la SEAP en la Figura 6.
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Invertir los sistemas de la genética para RVFV han sido desarrollados por varios grupos mediante la utilización de promotor T7 2,4,5 o ratón de 3 o 4 humanos promotor de Pol-i. En este artículo, se describe un protocolo para generar recombinantes RVFV MP-12 cepas mediante el uso de células BHK/T7-9 15 que expresan establemente T7 ARN polimerasa. La eficiencia de la recuperación viral variado dependiendo de la condición de BHK/T7-9 las células, la cantidad de plásmidos, el número de células transfectadas y así sucesivamente. Siempre amplificar el virus P0 en células Vero E6 para obtener las reservas de virus de alto título para los experimentos. Tipo I-IFN-células competentes, tales como diploides de pulmón humano (MRC-5) las células pueden ser utilizados para la amplificación viral sólo cuando las Sociedades Nacionales función de apoyo a una replicación viral eficaz mediante la inhibición de las actividades antivirales, incluyendo el tipo de IFN-I o PKR.
Un ensayo de placa es un método muy útil para titular MP-12 y los mutantes Sociedades Nacionales. Como precaución general para ella placa de ensayo, las células deben ser inmediatamente añadió con superposición a la temperatura adecuada después de la eliminación de inóculo viral. Tinción de cristal violeta no es adecuado para la detección de placas C13type virus, porque el virus C13type no interrumpa la monocapa de células Vero E6 2. Por otro lado, la tinción con rojo neutro con éxito podría detectar placas formadas por el virus de C13type. La fuerza de tinción celular con rojo neutro está determinada por la incorporación relativa de colorante rojo neutro en las células vivas. Por lo tanto, es probable que C13type las células infectadas tienen una actividad metabólica reducida, lo que conduce a la disminución de la incorporación de colorante rojo neutro en comparación con la de las células no infectadas, y que constituye un foco de tinción débil. La cantidad necesaria de rojo neutro varía según la cantidad de solución de rojo neutro. Almacenamiento a largo plazo de la solución de rojo neutro genera a menudo se precipita. Esto podría evitarse por el calor de disolución de la solución de rojo neutro a 55 ° C durante 10 minutos, sin embargo,afecta a la tinción de las células.
Es importante la utilización de virus con el título exacto viral en los experimentos. El título en una acción viral podría ser disminuido por los medios con un pH inferior a 6,5 31 que se indica por el color amarillento de rojo fenol en la acción viral, el almacenamiento a largo plazo, los ciclos repetidos de congelación-descongelación y así sucesivamente. Por lo tanto, es importante la utilización de nuevas acciones virales para la vacunación de los animales o se valora la acción de nuevo justo antes del experimento.
RVFV codifican dos proteínas no estructurales caracterizados, NSS y Nm. Las Sociedades Nacionales RVFV falta es significativamente atenuada en animales 25,32, mientras que el Nm RVFV falta es aún muy virulenta en las ratas 33. Por lo tanto, Sociedades Nacionales desempeñan un papel importante como factor de virulencia en la patogénesis. NSS es una proteína multifuncional que induce 1) supresión de la transcripción de acogida general N º 8, 2) la degradación de la supresión de la síntesis de ARNm de IFN-beta 26 y 3) de dsRNA-dependent proteína quinasa (PKR) 9,10. Los padres MP-12 cepa podría estar más atenuada mediante la introducción de truncamiento o mutaciones en el NSS. Por otro lado, también es importante para mantener la inmunogenicidad de estos mutantes MP-12. IFN de tipo I tiene un papel para la maduración de células dendríticas, que es importante para la diferenciación de las células T y células B 12/14. Varios mutantes que carecen de Sociedades Nacionales de IFN-beta función de supresión, que mantienen las funciones de Sociedades Nacionales, total o parcial, son útiles para analizar el impacto de la función de supresión de NSS-mediada por el IFN-beta en la inmunogenicidad y la seguridad de las vacunas candidatas. Se sabe que las células infectadas con la cepa RVFV peso ZH548 activan NF-kB, la FIC-3 y AP-1 (Figura 6), mientras que el IFN-beta síntesis de ARNm se suprime por la Sociedades Nacionales a nivel transcripcional 7. Por lo tanto, MP-12, que expresa completamente funcional Sociedades Nacionales 3, inhibe la síntesis de ARNm NF-kB/IRF-3/7-inducible SEAP gen reportero en transcripcional nivel, mientras que recombinante MP-12 que carecen de funciones de Sociedades Nacionales como C13type podría inducir la síntesis de ARNm de SEAP (Figura 7). Para entender correctamente el resultado de la inmunogenicidad de estos mutantes, los fenotipos que se caracteriza además en el sistema de cultivo celular. Por ejemplo, la cinética de replicación viral debe ser probado en las células tipo I IFN competentes, tales como diploides de pulmón humano MRC-5 o las células de fibroblastos embrionarios de ratón (MEF) a las células. La función de la degradación de PKR puede ser probada por Western blot con anticuerpos específicos para PKR humanos o de ratón. IFN-beta de inducción de ARNm por la mutación Sociedades Nacionales deben ser confirmados por transferencia de Northern con digoxigenina-etiquetados ARN sonda específica para la salud humana o el ratón IFN-beta ARNm. La supresión de acogida transcripción general puede comprobarse analizando la incorporación de un análogo de uridina en ARNm naciente. Finalmente, la inmunogenicidad y seguridad de los candidatos mutantes Sociedades Nacionales MP-12 debe ser probado en ratones. Por lo general, 1 x 10 5 ufp de la candidate la vacuna diluida en PBS se administra por vía subcutánea y sueros obtenidos a partir del seno retro-orbital el día 30 (o 42) y de 180 días son prueba de la presencia de anticuerpos neutralizantes por la prueba de neutralización por reducción de placas (PRNT 80) e IgG total contra RVFV N y GN / Gc por ELISA IgG recubiertos con recombinante proteínas virales. La eficacia de las vacunas candidatas pueden ser probados por los ratones un reto a los 42 días después de la inmunización con la de tipo salvaje ZH501 (por ejemplo, ip, 1 x 10 3 UFP) en el Nivel de Bioseguridad (BSL) 4 instalación o mejora BSL3 instalación + en los EE.UU. En el reverso enfoque de la genética es una herramienta poderosa para diseñar y generar seguridad e inmunogenicidad vacunas vivas atenuadas RVFV.
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No tenemos nada que revelar.
Este trabajo fue financiado por la Subvención Número 5 U54 AI057156-07 a través del Centro Regional del Oeste de Excelencia (WRCE), 1 R01-A1 AI08764301 del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas, y un financiamiento interno del Centro Sealy para el Desarrollo de Vacunas de la Universidad de 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 |