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
This article is a part of JoVE Neuroscience. 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
Li, M., Husic, N., Lin, Y., Snider, B. J. Production of Lentiviral Vectors for Transducing Cells from the Central Nervous System. J. Vis. Exp. (63), e4031, doi:10.3791/4031 (2012).
Effektiv gen-levering i centralnervesystemet (CNS) er vigtigt at studere genfunktioner, modellering neurologiske sygdomme og udvikle terapeutiske fremgangsmåder. Lentivirale vektorer er attraktive redskaber i transduktion af neuroner og andre celletyper i CNS, som de transducerer både delende og ikke-delende celler, støtte vedvarende ekspression af transgener og har relativt store emballager kapacitet og lav toksicitet 1-3. Lentivirale vektorer er blevet anvendt med held i transducerende mange neurale celletyper in vitro 4-6 og i dyr 7-10.
Store bestræbelser er blevet gjort på at udvikle lentivirale vektorer med forbedret biosikkerhed og effektivitet genafgivelse. De nuværende tredje generation replikationsdefekte og selv-inaktiverende (SIN) lentivirale vektorer er afbildet i figur 1.. De nødvendige elementer til vektor emballage er opdelt i fire plasmider. I lentivirale transfer plasmid er U3 regionen i 5 'lange terminale gentagelse (LTR) erstattet med en stærk promotor fra en anden virus. Denne modifikation tillader transkription af vektorsekvensen uafhængigt af HIV-1 Tat-protein, der normalt kræves for HIV-genekspression 11. Emballagen signal (Ψ) er afgørende for indkapsling og Rev-responsive element (RRE) er påkrævet til frembringelse af høj titer vektorer. Den centrale polypurin tarmkanalen (cPPT) er vigtig for kerneimport af vektor-DNA, en egenskab der kræves til at transducere ikke-delende celler 12. I 3'-LTR, er cis-regulatoriske sekvenser fjernes fuldstændigt fra U3 region. Denne deletion kopieres til 5 'LTR efter revers transkription, hvilket resulterer i transkriptionel inaktivering af begge LTR'er. Plasmid pMDLg / pRRE indeholder HIV-1 gag / pol gener, som giver strukturelle proteiner og revers transkriptase. pRSV-Rev koder Rev som binder til RRE til effektiv RNA eksport fra kernen. pCMV-G koderdet vesikulære stomatitis virus glycoprotein (VSV-G), der erstatter HIV-1-env. VSV-G udvider tropisme af vektorerne og tillader koncentration via ultracentrifugering 13. Alle de gener, der koder de accessoriske proteiner, herunder vif, vpr, vpu og Nef er udelukket i emballagen systemet. Produktion og manipulation af lentivirale vektorer skal udføres i overensstemmelse med NIH retningslinjer for forskning, der involverer rekombinant DNA ( http://oba.od.nih.gov/oba/rac/Guidelines/NIH_Guidelines.pdf ). En godkendelse fra de enkelte institutioners biologiske og kemiske Sikkerhedsudvalget kan være påkrævet, før du bruger lentivirusvektorer. Lentivirale vektorer fremstilles almindeligvis ved cotransfektion af 293T-celler med lentiviral transferplasmidet og hjælpeviruset plasmider kodende for proteiner nødvendige for vektor emballage. Mange lentivirale transferplasmider og hjælper plasmider kan opnås fra Addgene en ikke-Profit plasmid arkiv ( http://www.addgene.org/~~V ). Nogle stabile pakkecellelinier er blevet udviklet, men disse systemer giver mindre fleksibilitet, og deres emballage effektivitet overordnet set falder over tid 14, 15. Kommercielt tilgængelige transfektion kits kan understøtte høje effektivitet af transfektion 16, men de kan være meget dyrt for store vektor-præparationer. Calciumphosphatpræcipitation metoder tilvejebringe højeffektive transfektion af 293T-celler og således tilvejebringe en pålidelig og omkostningseffektiv fremgangsmåde til lentiviral vektor-produktion.
I denne protokol, fremstiller vi lentivirusvektorer ved cotransfektion af 293T-celler med fire plasmider baseret på calciumphosphatpræcipitation princip, efterfulgt af oprensning og koncentrering med ultracentrifugering gennem en 20% saccharosepude. Vektoren titere bestemmes ved fluorescens-aktiveret cellesortering (FACS) Analysis eller ved realtid qPCR. Produktion og titrering af lentivirusvektorer i denne protokol kan afsluttes med 9 dage. Vi giver et eksempel på transducerende disse vektorer i murine neocorticale kulturer indeholdende både neuroner og astrocytter. Vi viser, at lentivirusvektorer understøtte høje effektivitet transduktion og celletype-specifik genekspression i primære dyrkede celler fra CNS.
1. Emballering af lentivirusvektorer
Lentivirale vektorer fremstilles ved cotransfektion af en lentiviral overføringsvektor og andre plasmider, der kræves til pakning i 293T-celler ved calciumphosphat-transfektion metode. Vi anvender 10 100 mm vævskulturskåle i denne protokol. Det kan skaleres op eller ned afhængigt af anvendelser. Den 293T cellelinie holdes i Dulbeccos modificerede Eagles medium (DMEM) med højt glucoseindhold (4500 mg / L), suppleret med 10% føtalt bovint serum (FBS), 100 enheder / ml penicillin, 100 ug / ml streptomycin i 37 ° C inkubator med 5% CO2.
2. Koncentrering og rensning af vektorerne
3. Titrering af vektorerne

For eksempel blev givet 1 x 10 5 celler transduceret med 1/25 ul (0,04 pl) vektor og 30% celler er reporter positive, vil titeren er:

Kun anvende fortyndinger ligge inden for et lineært forhold mellem procentdelen af positive celler og mængden af vektoren tilsat til beregning titer. Den endelige titer bør være et gennemsnit af de titere opnået fra transduktioner af mindst 2 forskellige mængder af vektoren.

4. Transduktion af neocorticale Cultures
Neocorticale kulturer indeholdende både neuroner og glia fremstilles ud fra muse-cortex under anvendelse af en totrins-udpladning procedure som tidligere beskrevet 18. Neocortices opnået fra føtale mus på 14-16 dage drægtighed udplades på en tidligere etableret glial monolag i MEM suppleret med 10% FBS, 20 mM glucose og 2 mM glutamin i 24-brønds vævskulturplade.
5. Repræsentative resultater
Titerne af lentivirale vektorer produceret med denne protokol området 10 8 -10 10 IU / ml, which er egnede til transduktion af en række celletyper fra CNS både in vitro og in vivo. tabel 1 og figur 2 viser et repræsentativt resultat under anvendelse af vektorerne fremstillet ved denne protokol. Vi transduceret murine neocorticale kulturer med lentivirale vektorer, der udtrykker grønt fluorescerende protein (GFP) kontrolleret af synapsin (SYN) promotor eller glial fibrillært surt protein (GFAP)-promotoren. Syv dage efter transduktion, udførte vi immunfarvning til mærkning neuroner og astrocytter med anti-Neun og anti-GFAP antistoffer. Som vist i tabel 1 og fig. 2A, efter transduktion med vektoren, der bærer synapsin promotoren, over 90% af neuroner (Neun +-celler) udtrykker GFP og ingen astrocytter (GFAP +-celler) udtrykke dette reportergen. Når GFAP promotor anvendes i vektorkonstruktionen (fig. 2B), cirka 80% af astrocytter (GFAP + celler) udtryks GFP, alle GFP +-celler er astrocytter som bekræftet ved co-lokalisering med GFAP og fraværet af GFP-ekspression i Neun-mærkede celler. Disse resultater viser, at lentivirale vektorer er meget effektive til at levere transgener til celler fra centralnervesystemet og celle-specifik genekspression kan opnås ved egnede promotorer anvendes.

Figur 1. Skematisk repræsentation af HIV-baserede lentivirale vektorer og emballering plasmider. HIV-1 provirus er vist øverst. Elementerne til vektorproduktion separeres i fire forskellige plasmider. Den lentivirale transferplasmidet indeholder et hybrid 5 'LTR i hvilken U3 region er erstattet med cytomegalovirus (CMV)-promotor, emballagen signal (ψ), RRE sekvensen, den centrale polypurin-tarmkanalen (cPPT), et gen af interesse (f.eks en fluorescerende reporter) sammen med en promotor til at vælge, og 3'-LTR, hvorcis regulatoriske sekvenser er fuldstændigt fjernet fra U3 region. pMDLg / pRRE indeholder gag og pol-generne og RRE sekvensen fra HIV-1 under kontrol af CMV promotoren. pRSV-Rev indeholder den kodende sekvens af Rev drevet af RSV-promotoren. pCMV-G indeholder VSV-G-protein-genet under kontrol af CMV promotoren. PA angiver polyadenyleringssignalet fra humant β-globin-genet.

Figur 2. Ekspression af reportergener i mus neocorticale blandet kultur transduceret med lentivirale vektorer, der bærer celletype-specifikke promotorer. Kulturerne blev transduceret med LV-SYN-GFP (A) eller LV-GFAP-GFP vektorer (B) ved en MOI på 5. Syv dage efter transduktion blev cellerne immunfarvet med anti-Neun eller anti-GFAP-antistoffet. Øvre paneler viser GFP-fluorescens-, middle-paneler viser immunfarvning og lavere paneler er fusioneret billeder (GFP: grøn, Neun eller GFAP: rød).
Tabel 1. Sammenligning af GFP-ekspression i murine neocorticale kulturer transduceret med lentivirusvektorer bærer forskellige projektlederne et.
a Murine neocorticale kulturer (5 x 10 5 / brønd i 24-brønds plade) blev transduceret med LV-SYN-GFP eller LV-GFAP-GFP ved en MOI på 5. Syv dage efter transduktion, blev kulturerne fikseret og immunofarvet for Neun eller GFAP. Antallet af GFP og Neun / GFAP-udtrykkende celler blev talt i billeder fra 10 felter per eksperimentel betingelse. Værdierne repræsenterer procent af neuroner (Neun + celler) ellerastrocytter (GFAP +-celler), der også udtrykte GFP-reportergenet. De viste værdier er middelværdier ± SD fra tre uafhængige eksperimenter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
I denne protokol, har vi vist, at produktionen af lentivirusvektorer og anvendelsen af disse vektorer i neocorticale kulturer. Vi demonstreret effektiv og celletype-specifik transduktion med vektorerne fremstillet ved disse fremgangsmåder. Når synapsin promotor anvendes, GFP-ekspression er strengt neuron specifik. Når GFAP promotor anvendes, GFP-ekspression udelukkende i astrocytter. Hvis der ikke celletype-specifik ekspression er nødvendig, kan en allestedsnærværende promoter anvendes. Fandt vi både ubiqutin og phosphoglyceratkinase (PGK) promotorer kan køre højt niveau af genekspression i neocorticale kulturer 6. Genekspression drevet af lentivirale vektorer kan tilpasses til specifikke niveauer af ekspression eller celletyper ved valg af promotorer (f.eks allestedsnærværende eller celletype-specifik) eller ved anvendelse af forskellige kappeproteiner eller vektorer pseudotyper at målrette specifikke væv eller programmer. For eksempel pseudotyping med rabies G protein eller en fusion af VSV-G end rabies protein understøtter retrograd axonal transport 19,20. Transient transfektion protokol tillader vektoren emballage med forskellige kappeproteiner.
Lentivirale vektorer almindeligvis koncentreret ved ultracentrifugering uden oprensningstrin. Disse urensede vektorer er egnede til mange celletyper. Imidlertid primære neuronale kulturer er følsomme over for kontaminanter fra producerende celler, hvilket resulterer i batch til batch variation for cytotoksicitet. 20% saccharosepude oprensningstrin gør vektorerne konsekvent ikke-toksiske i de primære neuroner. Vi anbefaler anvendelse af oprensede vektorer til transduktion af primære neuroner og injektion i dyr. Hvis større skala eller højere renhed af vektor-præparationer er påkrævet, kan andre oprensningsteknikker, såsom affinitetskromatografi 21 og anionbyttermembran chromatografi 22 anvendes. Som langvarig transduktion generelt kræves i primære neuronale kulturerBør udvises særlig forsigtighed for at minimere forurening under forberedelsen af vektorer. Passerer vektoren supernatanten med 0,2 um filter og anvendelse autoklaverbare polyallomer centrifugerør under koncentrationen af vektoren vil tjene dette formål. Flaske top filtre kan anvendes, hvis et stort volumen af supernatant skal filtreres. Natriumbutyrat er blevet rapporteret at stimulere aktiviteten af promotorer 23. Tilsætning af natriumbutyrat til dyrkningsmediet efter transfektion af producentcelleme kan forøge vektortiter mere end 10 folder 24. Polybren (hexadimethrinbromid) er blevet udbredt anvendt til genoverførsel protokoller for at øge effektiviteten af retroviral genoverførsel ved at neutralisere de negative ladninger, hvilket letter vektor-celleinteraktion 25. I vore hænder, er polybrene giftig for neuroner i neocorticale kulturer. Derfor bør polybren undgås i transducerende primære neuronale kulturer. Hvis der eren fluorescerende reporter i vektoren, er det bekvemt at bestemme vektortiter ved FACS-analyse. Når der ikke reporter er tilgængelig eller et reportergen styres af en vævsspecifik promotor, qPCR til detektering integrering af vektoren i målceller skulle være et bedre valg til integration af vektoren er uafhængig af transgen ekspression. Titeren af specifikke vektorer bestemt ved FACS-analyse vil være lavere end qPCR som ikke alle integrerede kopier af vektoren er funktionel. Vektor titere kan også bestemmes ved måling af HIV p24-protein ved Elesa eller vektor genomisk RNA ved QRT-PCR i vektor-præparationer. Imidlertid er disse metoder er mindre nøjagtige på grund af det store antal defekte viruspartikler uundgåeligt frembringes under emballeringsprocessen og de funktionelle partikler, der ikke med held transducerer målceller 26. De vektorer, som denne protokol er blevet anvendt med succes i både in vitro og in vivo i roDent hjerne 27. Undersøgere bør teste deres systemer individuelt, som vektor-medieret genekspression ikke nødvendigvis identisk i cellekulturer og in vivo systemer, selv i den samme celletype 6,28. Lentivirale vektorer er blevet udbredt anvendt til overekspression eller vælte gener af interesse i en række celletyper i CNS. Vores Protokollen skal være nyttigt for neurovidenskab efterforskerne at udvikle lentivirusvektorer i deres forskning applikationer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Ingen interessekonflikter erklæret.
Dette arbejde blev støttet af NIH Neuroscience handleplanen Core tilskud (P30 NS057105, BJS) til Washington University, Program Project Grant NS032636 (BJS) og af Hope Center for neurologiske lidelser.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DMEM | Sigma-Aldrich | D5796 | |
| MEM | Invitrogen | 11090-081 | |
| Fetal bovine serum | Hyclone | SV3001403 | |
| PBS | Mediatech, Inc. | 21-040-CM | |
| Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich | T3924 | |
| Sodium butyrate | Sigma-Aldrich | B5887 | |
| Hexadimethrine bromide (Polybrene) | Sigma-Aldrich | H9268 | |
| 293T cells | ATCC | CRL-11268 | |
| HT1080 cells | ATCC | CCL-121 | |
| Falcon 100 x 20 mm tissue culture dish | BD Biosciences | 353003 | |
| 1 x 3 ½ in polyallomoer centrifuge tube | Beckman Coulter Inc. | 326823 | |
| 0.2-micron syringe filter | Corning | 431219 | |
| QIAamp DNA Mini Kit | Qiagen | 51304 |