在此,我们介绍一种用于构建原理验证型二价腺病毒5型(Ad5)载体Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His的实验方案。6 通过利用抗原衣壳整合策略,该载体被证明具有良好的适应性,并能够逃逸Ad5阳性血清的中和作用 体外以及所载抗原的抗原性和免疫原性。
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在此,我们介绍一种用于构建原理验证型二价腺病毒5型(Ad5)载体Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His的实验方案。6 通过利用抗原衣壳整合策略,该载体被证明具有良好的适应性,并能够逃逸Ad5阳性血清的中和作用 体外以及所载抗原的抗原性和免疫原性。
5型腺病毒(Ad5)在疫苗开发中已通过传统转基因方法进行了广泛改造。这些传统改造的Ad5载体在临床试验中效果降低,主要与大多数人群中存在的Ad5预存免疫(PEI)相关。为解决Ad5预存免疫问题,推动Ad5载体疫苗的研发,研究人员采用了创新的抗原衣壳整合策略。基于该策略,我们首先构建了六邻体穿梭质粒HVR1-KWAS-HVR5-His6通过将六邻体蛋白(hexon)的高变区(HVR)1 克隆至先前构建的穿梭质粒 HVR5-His 中,获得 /pH5S6/pH5S,含有 His6 将带有HIV表位ELDKWAS的HVR1 DNA片段合成,并插入HVR5区域。HVR1-KWAS-HVR5-His6/pH5S 随后被线性化,并与线性化的骨架质粒 pAd5/∆H5 (GL) 共转化,以进行同源重组。该重组质粒为 pAd5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6 转染至细胞中以生成病毒载体 Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6该载体通过病毒物理滴度(VP/ml)、感染性滴度(IP/ml)及相应的VP/IP比值验证了其定性适配性。HIV表位和His6 标签在Ad5衣壳表面暴露,并保持了其表位特异性的抗原性。中和实验表明,这种双价载体能够逃避Ad5阳性血清的中和作用 体外小鼠免疫结果显示,针对HIV表位和His产生了强烈的特异性体液免疫反应6这项原理验证研究表明,通过修饰不同的衣壳蛋白,与抗原衣壳整合策略相关的方案可被可行地用于制备Ad5载体疫苗。该方案甚至可进一步改进,用于制备罕见血清型腺病毒载体疫苗。
人腺病毒(Ad)是一种中等大小、无包膜的病毒,具有二十面体核衣壳,内含双链DNA基因组。腺病毒属于腺病毒科(Adenoviridae),可分为七个组(A至G),每组包含不同血清型的病毒。其中,C组的人腺病毒血清型5(Ad5)是研究最深入、应用最广泛的类型,常用于基因治疗和疫苗开发等载体技术。
传统的转基因策略已开发并应用于Ad5的改造,其特点是用目的基因替换病毒的早期基因,并在宿主中实现目的基因的特异性表达。例如,通过用猴免疫缺陷病毒的rev基因替换早期基因3(E3)构建pENV9/Ad5hr∆E31,通过用人类免疫缺陷病毒(HIV)的gag基因替换早期基因1(E1)构建AdCMVGag2,以及通过用lacZ基因替换E1构建AdlacZ3。传统转基因策略在Ad5上的广泛应用依赖于以下优点:Ad5具有广泛的宿主范围、可行的病毒基因工程操作与病毒扩增能力、对外源基因插入较大的容纳能力以及良好的安全性4,5。然而,采用该策略的Ad5载体临床治疗效果有所降低,已成为主要瓶颈,这主要与Ad5的预存免疫(PEI)有关,因为Ad5在大多数儿童和成人中普遍存在4,6。
为了克服Ad5的主要瓶颈,首要目标是开发一种绕过Ad5预存免疫(PEI)的替代策略。已有研究表明,针对Ad5的先天免疫7、适应性免疫(如中和抗体(NAbs)8-10)以及CD8+ T细胞应答10均会促成Ad5的预存免疫,其中Ad5中和抗体在Ad5 PEI的形成中起主导作用10,11。此外,Ad5中和抗体所识别的表位位于衣壳蛋白上,包括主要蛋白六邻体(hexon)、纤维蛋白(fiber)和五邻体基底蛋白(penton base)。其中,六邻体是Ad5中和抗体最主要的作用靶点8,11-13。基于这些发现,已提出一种创新性的抗原衣壳整合策略。该新策略强调将目的蛋白替换或整合至Ad5衣壳蛋白中,从而改变或屏蔽Ad5的中和表位,降低中和抗体的识别能力,实现高效的Ad5载体给药。值得注意的是,该策略具有竞争优势,因为它还能通过将目的抗原直接呈递给免疫系统,帮助宿主产生强烈的体液免疫和有效的细胞免疫4,14,15。基于该策略,分子克隆与重组腺病毒载体的拯救在结构上可分为四个主要步骤:(a)通过聚合酶链式反应(PCR)或基因合成方法制备目的基因片段;(b)将目的基因片段连接至穿梭质粒,该质粒包含目的基因片段及与腺病毒骨架同源的同源臂;(c)通过将含有目的基因片段的穿梭质粒与线性化的骨架质粒pAd5/∆H5(GL)16共转化,实现同源重组;(d)转染线性化的重组腺病毒质粒,以拯救整合了目的抗原的重组Ad载体。
我们的研究团队及其他一些团队已将这种替代性腺病毒(Ad)整合策略拓展应用于针对不同传染性病原体的腺病毒载体疫苗开发。我们报道了重组腺病毒载体Ad-HVR1-lgs-His的构建6通过将带有His标签的HIV-1抗原V3插入Ad5六邻体(hexon5)的HVR1区域,构建了V3嵌合载体。该载体可诱导针对V3表位的强烈体液免疫反应。4我们还报道了通过将HIV-1膜近端外结构域区(MPER)插入六邻体5的HVR2区域,开发出Ad5/HVR2-MPER-L15∆E1。2此外,周博士的团队已利用这种腺病毒载体整合策略的优势,开发出腺病毒3型(Ad3)载体疫苗, 即将肠道病毒71型的中和性表位SP70插入Ad3六邻体蛋白(hexon3)的HVR1区域,从而构建病毒载体R1SP70A3。R1SP70A3可诱导产生针对SP70表位的强效中和抗体和特异性IFN-γ,从而在肠道病毒71型攻击实验中提供高度保护作用15.
为提供技术参考,本研究采用了定性抗原衣壳整合策略,通过将一种HIV-1抗原插入六邻体蛋白(hexon5)的HVR1区,同时将His标签插入HVR5区,重点构建了一种二价腺病毒载体Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6。所构建的病毒载体亦进行了免疫学评价。该抗原衣壳整合策略可用于开发针对不同传染病的Ad5载体疫苗方法。
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根据批准的协议编号101109272,阿拉巴马大学伯明翰分校机构动物使用与护理委员会已批准本研究中所述小鼠的使用。
1. 采用抗原衣壳整合策略构建修饰质粒 pAd5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6
2. 修饰型 Ad5 病毒载体 Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6 的制备
3. 拯救病毒载体的验证
4. 拯救病毒载体的免疫学评估
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抗原衣壳整合策略(图1A)被用于构建二价Ad5病毒载体Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6。首先,通过将HVR1-KWAS片段亚克隆至先前构建的穿梭质粒HVR5-His6/pH5S17中,构建穿梭质粒HVR1-KWAS-HVR5-His6/pH5S。其次,通过“EcoRI-HVR1-KWAS-HVR5-His6-PmeI”片段与SwaI线性化的pAd5/∆H5 (GL)16之间的同源重组,构建质粒pAd5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His614(图1B)。将PacI酶切的pAd5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6转染至T-25培养瓶中,从而获得病毒载体Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His614。随后,对该拯救出的病毒载体进行大规模扩增,并通过两次CsCl梯度超速离心进行纯化。
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传统的转基因策略在Ad5修饰用于疫苗开发方面的应用已显著减少,主要原因是Ad5的PEI存在瓶颈4,6。这一瓶颈可通过采用替代性的抗原衣壳整合策略在一定程度上缓解(图1A),因为该策略可通过用目标抗原替换Ad5的中和表位,从而逃逸Ad5中和抗体(NAbs)的中和作用,并促进对整合的目标抗原产生强效免疫应答。本研究中,构建修饰型二价病毒载体Ad5/H5-HVR1-KWAS-HVR5-His6被作为概念性示例予以介绍(图1B)。对应于方案第1.1.1节,订购质粒中合成的片段包含在六邻体5(hexon5)HVR1区域插入的HIV-1 gp41短基因片段。该部分gp41基因编码一个表位ELDKWAS,取代了hexon5氨基酸139至144位的部分HVR1序列14。ELDKWAS是HIV-1 gp41中的一个强效中和表位19。
在克隆过程中有两个关键步骤。其中一个步骤是在方案第1.1.1节中合成目的基因片段时选择两种限制性内切酶。这两种酶的...
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作者无任何利益冲突披露。
本研究部分由美国国立卫生研究院资助,项目编号为 5T32AI7493-20 和 5R01AI089337-03。资助方在研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写过程中均未发挥任何作用。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1x DPBS | Thermo Scientific | SH30256.01 | 用于细胞传代 |
| 10x DPBS | Thermo Scientific | SH30378.02 | 用于透析缓冲液配制 |
| 甘油 | SIGMA | G5516-1L | 用于透析缓冲液配制 |
| SDS | BIO-RAD | 161-0301 | 用于病毒裂解缓冲液配制 |
| 胎牛血清(FBS) | Thermo Scientific | SH30910.03 | 培养基组分 |
| 100x 非必需氨基酸 | Thermo Scientific | SH30238.01 | 培养基组分 |
| 200 mM L-谷氨酰胺 | Cellgro | 25-005-CI | 培养基组分 |
| 青霉素/链霉素溶液 | Cellgro | 30-002-CI | 培养基组分 |
| 高糖DMEM | Thermo Scientific | SH30081.01 | 用于HEK293细胞培养 |
| 最低必需培养基Eagle | SIGMA | M5650 | 用于HeLa细胞培养 |
| 苯酚:氯仿:异戊醇 | SIGMA | P3803-100ML | 用于大量DNA纯化 |
| 氯化铯 | Research Products International Corp. | C68050 | 用于病毒纯化 |
| HEPES | Cellgro | 25-060-CI | 用于CsCl溶液配制 |
| HEK293 | ATCC | 51-0036 | 用于病毒拯救与扩增 |
| HeLa | ATCC | CCL-2 | 用于中和试验 |
| T-25培养瓶 | Thermo Scientific | 156367 | 用于细胞培养 |
| T-75培养瓶 | CORNING | 430641 | 用于细胞培养 |
| T-175培养瓶 | Thermo Scientific | 159910 | 用于细胞培养 |
| 超速离心机 | BECKMAN | NA | 用于病毒纯化 |
| 超速离心管 | BECKMAN | 344059 | 用于病毒纯化 |
| 透析夹 | Thermo Scientific | 66380 | 用于病毒透析 |
| ELISA板 | Thermo Scientific | 442404 | 用于ELISA |
| 人抗gp41(2F5)单克隆抗体 | NIH AIDS试剂计划 | 1475 | 用于免疫学检测 |
| 小鼠抗His标签单克隆抗体 | GenScript | A00186 | 用于免疫学检测 |
| SOC培养基 | CORNING | 46-003-CR | 用于转化 |
| PCR预混液 | QIAGEN | 201445 | 用于PCR |
| 动物采血针(针尖长度5 mm) | MEDIpoint | 用于小鼠采血 | |
| 生物分光光度计 | Eppendorf | 用于病毒物理滴度测定 |
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