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。
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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。
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。
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HepaRG5,6,7。此外,从接种了人原代肝细胞(PHH)的尿激酶型纤溶酶原激活物转基因/重症联合免疫缺陷(uPA-SCID)小鼠中分离得到的PXB细胞也被证实可被HBV感染并支持其复制8。然而,HepaRG细胞中的HBV复制水平依赖于细胞培养后的分化状态,可能导致HBV感染/复制水平的结果不一致且不可重复。PXB细胞虽常用于HBV感染实验,但其可获得性有限。四环素诱导型HBV表达细胞系HepAD38也被广泛用于研究HBV复制,但该系统仅可用于转录后的评估,无法检测HBV感染的进入阶段9。最近,钠-牛磺胆酸共转运多肽(NTCP)被确认为HBV的功能性受体,从而推动了多种HBV培养系统的建立10。事实上,在原本不易感的肝癌细胞(如Huh7和HepG2)中表达NTCP可使其支持HBV感染10,因此可选用的HBV易感细胞系范围得以扩大,解决了许多实验上的限制。第二个问题是缺乏简单有效的检测系统来评估HBV感染与复制。通常通过检测HBV DNA、RNA和蛋白来评估HBV感染情况。然而,这些病毒标志物的定量检测往往耗时、成本较高且操作复杂。因此,开发一种简单的检测系统(例如使用报告基因)可能有助于克服现有HBV检测系统存在的问题。
然而,由于HBV衣壳可包装的基因组大小有限——小于3.7 kb11,报告基因的长度应尽可能短。此外,病毒基因组中分散分布的多个顺式作用元件对病毒复制至关重要,这限制了报告基因插入基因组的可用位置。已有数项研究尝试将外源基因(包括HIV-1 Tat、绿色荧光蛋白和DsRed)插入HBV基因组11,12,13。然而,这些重组HBV无法用于筛选HBV感染/复制过程,或用于影响HBV感染/复制因素的高通量筛选。这主要是由于重组病毒产量较低,以及病毒产生效率低下导致报告基因表达强度减弱所致。
为解决这些问题,我们构建了一种病毒产量高的报告型乙型肝炎病毒(HBV)。该病毒对监测HBV复制周期的早期阶段(从病毒进入至转录)具有高度敏感性。为此,我们选用NanoLuc(NL)作为标记基因,因其是一种经过工程改造的小型发光报告基因(171个氨基酸)14。此外,NL的发光强度约为萤火虫或海肾荧光素酶的150倍,且其发光反应不依赖ATP,表明在高通量筛选中假阳性率将较低。重组HBV的产生效率约为亲本HBV的1/5,与既往报道的重组HBV病毒水平相似;然而,NL的高亮度弥补了病毒产量的不足,因此可用于抗HBV药物的大规模筛选。
使用原代肝细胞、HepaRG、HepAD38 和 NTCP 转导的肝细胞筛选抗 HBV 药物可能适用于通过常规方法进行抗 HBV 药物的筛选。然而,本文所述系统具有多种优势,例如操作简便、灵敏度高以及筛选成本低。这些优势使其适用于高通量筛选,以开发和鉴定具有治疗用途的新型 HBV 药物。
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1. 编码报告蛋白的重组乙型肝炎病毒的制备
2. 重组HBV的感染
3. 分析
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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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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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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
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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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 纳米荧光素酶检测试剂 | Promega | N1110 | |
| 青霉素-链霉素混合溶液 | Nacalai Tesque | 09367-34 | |
| MEM 非必需氨基酸溶液 | Thermo Fisher Scientific | 11140050 | |
| DMEM | Thermo Fisher Scientific | 11995065 | |
| Opti-MEM I 低血清培养基 | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
| 100 mm/胶原蛋白包被培养皿 | Iwaki | 4020-010 | |
| Lipofectamine 3000 转染试剂 | Thermo Fisher Scientific | L3000001 | |
| 聚乙二醇 (PEG) 6000 | Sigma-Aldrich | 81255 | |
| 聚乙二醇 (PEG) 8000 | Sigma-Aldrich | 89510 | |
| NaCl | Nacalai Tesque | 31319-45 | |
| 0.5 mol/L EDTA 溶液 | Nacalai Tesque | 06894-14 | |
| Tris-HCl | Nacalai Tesque | 35434-21 | |
| Millex-HP,0.45 μm,聚醚砜滤膜 | Merck Millipore | SLHP033RS | |
| 二甲基亚砜 (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| 胶原蛋白包被 96 孔板 | Corning | NO3585 | |
| 5 倍被动裂解缓冲液 | Promega | E1941 | |
| GloMax 96 微孔板发光检测仪 | Promega | E6501 | |
| 蔗糖 | Nacalai Tesque | 30403-55 | |
| 发光检测仪用微孔板 | Greiner Bio-One | 655075 | |
| 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 | Violamo | 1-3500-02 | |
| 抗 Myc 抗体 | Sigma-Aldrich | C3956 | |
| HBIG | 日本血液制品机构 | - | |
| IFN-β | Mochida 制药 | 14987224005413 | |
| 肝素 | Sigma-Aldrich | H3393 |
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