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方法文章

开发乙型肝炎病毒报告系统以监测复制周期的早期阶段

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DOI:

10.3791/54849

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2017年2月1日

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本文内容

摘要

在此,我们介绍一种新开发的乙型肝炎病毒(HBV)报告系统,用于监测HBV生命周期的早期阶段。该系统经过简化 体外 该系统将有助于采用高通量策略筛选抗HBV药物。

摘要

目前,已可构建携带外源基因(如报告基因或标记蛋白)的多种病毒的重组形式,例如人免疫缺陷病毒1型(HIV-1)和丙型肝炎病毒(HCV)。这些重组病毒通常能忠实地模拟原始病毒在感染细胞中的生命周期,并表现出相同的宿主范围依赖性。重组病毒的开发使得高效筛选抑制剂和鉴定特定宿主因子成为可能。然而,迄今为止,由于存在多种实验限制,乙型肝炎病毒(HBV)的重组病毒构建一直较为困难。主要限制在于HBV基因组尺寸紧凑,且必须被包装进病毒颗粒的基因组大小较为严格,通常不超过1.3倍基因组长度。因此,若不对基因组DNA进行删除,则插入的外源基因大小应小于0.4 kb。为克服这一尺寸限制,有必要删除部分HBV DNA序列。本文报道了一种重组HBV的构建方法:通过删除部分HBV聚合酶(pol)编码区,并用报告基因替换部分HBV核心蛋白编码区,从而实现报告基因的表达,用于监测HBV复制周期的早期阶段。通过报告基因活性来检测重组HBV感染,其灵敏度高且成本低于目前可用的传统HBV感染检测方法。该系统将适用于多种应用,包括高通量筛选抗HBV抑制剂、宿主因子以及易感病毒的细胞。

引言

乙型肝炎病毒(HBV)的慢性感染是导致慢性肝病的主要风险因素1。尽管目前的治疗策略主要基于使用抑制HBV聚合酶功能的核苷类似物,和/或使用I型干扰素来激活感染者体内的免疫反应,并通过干扰素刺激基因的功能间接抑制HBV增殖2,但这些治疗方法无法彻底清除HBV DNA3。此外,出现对抗聚合酶药物耐药的HBV毒株也令人担忧4。联合使用直接靶向人类免疫缺陷病毒(HIV)或丙型肝炎病毒(HCV)生命周期不同阶段的抗病毒药物已被证明可成功抑制甚至根除病毒。借鉴这一思路,开发能够直接作用于HBV生命周期各个阶段的抗HBV药物,对于建立未来的HBV治疗方案具有重要意义。

通常,建立目标病毒的简单体外培养系统有助于抗病毒药物的研发。然而,在建立用于筛选抗乙型肝炎病毒(HBV)药物的体外培养系统方面至少存在两个障碍。第一个障碍是缺乏便捷的体外细胞培养系统用于HBV感染与增殖。与其他可在已建立的细胞系中传代的病毒(如HIV和HCV)不同,由于宿主范围狭窄等实验限制,HBV在体外培养较为困难。为克服这些问题,已开发出特定的细胞培养系统,例如可被HBV感染的人肝癌细胞系HepaRG5,....

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方案

1. 编码报告蛋白的重组乙型肝炎病毒的制备

  1. HepG2 细胞的准备
    1. 准备细胞培养基(DMEM 培养基,添加 10% 胎牛血清(FBS)、100 U/ml 青霉素、100 µg/ml 链霉素和 100 U/ml 非必需氨基酸)。
    2. 转染前一天,将 4 × 106 个 HepG2 细胞接种于含 10 ml 培养基的 10 cm 胶原包被培养皿中。将 HepG2 细胞在 37 °C、含 5% CO2 的湿润培养箱中孵育。
      注意:当在 10 cm 胶原包被培养皿中接种约 4 × 106 个 HepG2 细胞并加入 10 ml 培养基时,次日细胞融合度可达 70–90%。
  2. 转染
    1. 使用转染试剂,按照制造商说明书,将 5 µg pUC1.2HBV delta epsilon15 和 5 µg pUC1.2HBV/NL15 转染至 HepG2 细胞中。
    2. 次日,移除培养基,并加入 10 ml 新鲜培养基。
    3. 转染一周后,将含有重组 HBV 的培养基转移至 50 ml 离心管中,并进行步骤 1.3.1。向转染细胞的培养皿中加入 1....

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结果

图1展示了乙型肝炎病毒(HBV)基因组、转录的RNA、病毒蛋白及其在基因组上的编码区域的示意图。报告基因及其在基因组中的位置也已标出。图2展示了含有报告基因的HBV报告质粒和辅助质粒。pUC1.2HBV/NL报告质粒是通过从pUC1.2HBV16的preCore mRNA转录起始位点删除第223至811位核苷酸,然后插入报告基因构建而成。pUC1.2HBVdelta质粒是通过定点诱变PCR在衣壳化信号序列中引入点突变而获得。报告质粒(pUC1.2HBV/NL)和辅助质粒(pUC1.2HBVdelta)用HindIII和EcoRI进行酶切,随后进行凝胶电泳。预期条带大小分别为:pUC质粒3.0 kb,1.2HBV/NL或1.2HBVdelta为3.5 kb,结果如图2B所示。图3展示了表达NTCP的HepG2细胞被重组HBV感染的情况。为建立稳定表达NTCP.......

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讨论

乙型肝炎病毒(HBV)基因组包含四个主要的开放阅读框(ORF),分别为核心(core)、聚合酶(pol)、表面(surface)和X基因的开放阅读框(图1)。这四个HBV ORF的转录受到四个启动子的严格调控:包含增强子II的前核心/核心启动子、S1启动子、S2启动子以及包含增强子I的X启动子18。3.5 kb和3.4 kb的mRNA分别翻译生成前核心(PreCore)和核心(Core)蛋白。大包膜蛋白(L)由最长的亚基因组mRNA(2.5 kb)编码,中等(M)和小表面蛋白(S)则由较短的转录本(2.1 kb)翻译而来。0.8 kb的转录本是X蛋白翻译的模板19,20。前基因组RNA的5ʹ端和3ʹ端含有多个功能性的顺式作用元件,包括直接重复序列1(DR1)、DR2以及包装信号21,22。这些功能元件限制了报告基因或标记基因.......

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披露

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

致谢

本工作部分由日本医疗研究开发机构(AMED)的肝炎研究计划以及日本文部科学省(MEXT)的科学研究费补助金资助。

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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
纳米荧光素酶检测试剂PromegaN1110
青霉素-链霉素混合溶液Nacalai Tesque09367-34 
MEM 非必需氨基酸溶液Thermo Fisher Scientific11140050
DMEMThermo Fisher Scientific11995065
Opti-MEM I 低血清培养基Thermo Fisher Scientific31985070
100 mm/胶原蛋白包被培养皿Iwaki4020-010
Lipofectamine 3000 转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000001 
聚乙二醇 (PEG) 6000 Sigma-Aldrich81255
聚乙二醇 (PEG) 8000 Sigma-Aldrich89510
NaClNacalai Tesque31319-45 
0.5 mol/L EDTA 溶液Nacalai Tesque06894-14
Tris-HClNacalai Tesque35434-21
Millex-HP,0.45 μm,聚醚砜滤膜Merck MilliporeSLHP033RS
二甲基亚砜 (DMSO)Sigma-AldrichD2650
胶原蛋白包被 96 孔板CorningNO3585
5 倍被动裂解缓冲液PromegaE1941
GloMax 96 微孔板发光检测仪PromegaE6501
蔗糖Nacalai Tesque30403-55
发光检测仪用微孔板Greiner Bio-One655075
HepG2-NTCP1-myc-clone22--参考文献 15
pUC1.2HBV delta epsilon--参考文献 15
pUC1.2HBV/NL--参考文献 15
50 ml 离心管Violamo1-3500-02
抗 Myc 抗体Sigma-AldrichC3956
HBIG日本血液制品机构-
IFN-βMochida 制药14987224005413
肝素Sigma-AldrichH3393

参考文献

  1. Fattovich, G., Stroffolini, T., Zagni, I., Donato, F. Hepatocellular carcinoma in cirrhosis: incidence and risk factors. Gastroenterology. 127 (5), Supple 1 35-50 (2004).
  2. Revill, P., Testoni, B., Locarnini, S., Zoulim, F. Global strategies are required to cure....

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重印与许可

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