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Research Article
Xiaoyan Chang*1, Keru Zhou*1, Yanguang Liu1,2, Lian Duan3, Lichun Zhang2, Guoliang Zhang3, Haikun Wang4, Guiqin Wang1
1Nanjing Advanced Academy of Life and Health, 2Institute of Animal Bio-technology,Jilin Academy of Agricultural Sciences, 3National Clinical Research Center for Infectious Diseases, Shenzhen Third People’s Hospital,Southern University of Science and Technology, 4CAS Key Laboratory of Molecular Virology and Immunology, Institut Pasteur of Shanghai, Chinese Academy of Sciences,University of Chinese Academy of Sciences
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Verpackung von Pseudoviren und die Messung der Antikörper-neutralisierenden Aktivität.
Seit 1996 verursachen hochpathogene H5-Viren der A/Gans/Guangdong/1/96-Linie Grippeausbrüche bei Geflügel und Wildvögeln. Gelegentlich fallen ihr auch Menschen zum Opfer, was zu einer hohen Sterblichkeit führt. Nichtsdestotrotz wird die HPAI-Virusforschung oft behindert, wenn man bedenkt, dass sie in Laboratorien der biologischen Sicherheitsstufe 3 durchgeführt werden muss. Um dieses Problem zu lösen, werden Pseudoviren als Alternative zu Wildtyp-Viren in einigen Experimenten von H5-HPAI-Studien eingesetzt. Pseudoviren erweisen sich als ideale Werkzeuge, um neutralisierende Antikörper gegen H5-HPAI-Viren zu untersuchen. Dieses Protokoll beschreibt die Verfahren und kritischen Schritte von H5-HPAI-Pseudovirus-Präparaten und Pseudovirus-Neutralisationsassays. Außerdem werden die Fehlerbehebung, die Einschränkung und die Modifikationen dieser Assays erörtert.
Seit 1996 verursachen hochpathogene H5-Viren der A/Goose/Guangdong/1/96-Linie der aviären Influenza (HPAI) kontinuierliche Grippeausbrüche bei Geflügel und Wildvögeln, die für enorme sozioökonomische Verluste in der globalen Geflügelindustrie verantwortlich sind. Manchmal infizieren sich auch Menschen damit, was mit einer hohen Sterblichkeitsrate konfrontiert ist 1,2. Die HPAI-Virusforschung wird jedoch häufig behindert, da sie nicht außerhalb von Laboratorien der Biosicherheitsstufe 3 durchgeführt werden kann. Um dieses Problem zu lösen, werden Pseudoviren als Alternative zu Wildtyp-Viren in einigen Experimenten von H5-HPAI-Studien eingesetzt. Pseudoviren sind sicher genug, um in Laboratorien der Biosicherheitsstufe 2 praktiziert zu werden.
H5 HPAI-Pseudoviren gehören zu den chimären Viren, die aus Surrogatviruskernen, Lipidhüllen mit den Oberflächenglykoproteinen von Influenzaviren und Reportergenen bestehen. Pseudoviruskerne stammen in der Regel vom lentiviralen humanen Immundefizienzvirus (HIV), Retroviren wie dem murinen Leukämievirus (MLV) und dem vesikulären Stomatitisvirus (VSV)3. Insbesondere das HIV-1-Verpackungssystem wird häufig zur Herstellung von Influenza-Pseudoviren verwendet, wobei die primären Gene gag und pol sind. Das HIV-Gag-Gen exprimiert Kernproteine. Das pol-Gen exprimiert die Integrase und die reverse Transkriptase, die beide für die Expression des Reportergens in transduzierten Zellen notwendig sind. In Anlehnung an das Genom des Surrogatvirus wird das Reportergen in RNA-Form in den Pseudoviruskern aufgenommen. Das Reportergen exprimiert das Protein in den Wirtszellen. Die Genexpressionsniveaus von Reportergenen können verwendet werden, um die Effizienz von Pseudovirusinfektionen zu messen 3,4. Der primäre Reporter ist die Glühwürmchen-Luciferase zur Messung der relativen Lumineszenzeinheiten (RLU) oder der relativen Luciferase-Aktivität (RLA) in transduzierten Zellen. Andere Reporter wie lacZ, Gaussia und Renilla luciferase werden ebenfalls verwendet, nur in geringerem Maße5.
Pseudoviren sind ideale Werkzeuge, um neutralisierende Antikörper gegen H5-HAPI-Viren zu untersuchen. Um die Potenz der neutralisierenden Antikörper zu messen, werden Pseudovirus-Neutralisations-Assays (PN)6 verwendet. Hämagglutinin (HA) und Neuraminidase (NA) sind Glykoproteine auf der Oberfläche des Influenza-A-Virus 7,8. Die HA besteht aus einer globulären Kopfdomäne für die Rezeptorbindung und einer Stammdomäne für die Membranfusion. Das NA-Protein hat die Sialidase-Aktivität, um die Virusfreisetzung zu erleichtern 7,8. Ein PN-Assay kann neutralisierende Antikörper messen, die gegen HA-Proteine gerichtet sind. Neutralisierende Antikörper, die auf den Kopf- und Stammbereich der HA gerichtet sind, können auch durch virale Attachment- und Eintrittsassays nachgewiesen werden. Im Vergleich zu Wildtyp-Viren haben Pseudovirus-Neutralisationsexperimente empfindlichere Nachweiswerte, können in einem Biosicherheitslabor der Stufe 2 sicher durchgeführt werden und sind in der Praxis im Allgemeinen einfacher zu bedienen.
In diesem Protokoll werden die Verfahren und kritischen Schritte von H5-HPAI-Pseudoviruspräparaten und PN-Assays detailliert beschrieben. Außerdem werden die Fehlerbehebung, die Einschränkung und die Modifikationen dieser Assays erörtert. In dieser Arbeit wurde der Stamm A/Thailand/1(KAN)-1/2004(TH) von H5N1 HPAI-Viren als Beispiel verwendet. Um die in Assays verwendeten Immunseren zu erhalten, wählte dieses Protokoll das aus dem TH-Stamm stammende HA-Protein als Immunogen für die Immunisierung von Mäusen aus.
Alle Pseudovirus-bezogenen experimentellen Operationen wurden unter ABSL2-Bedingungen im Institut Pasteur der Shanghai Chinese Academy of Sciences (IPS, CAS) durchgeführt. Die Tierversuche wurden auf der Grundlage der vom Institutional Animal Care and Use Committee genehmigten Tierprotokolle von IPS, CAS durchgeführt.
1. Pseudovirusverpackung mit Calciumphosphat-Transfektion
2. Nachweis der HA-, NA- und HIV-1-p24-Proteinexpression des Influenza-Pseudovirus
3. Pseudovirus-Titration
4. Vorbereitung der Immunseren
HINWEIS: Das Immunserum wird für zellbezogene Experimente verwendet, und der experimentelle Betrieb sollte unter aseptischen Bedingungen durchgeführt werden.
5. Pseudovirus-Neutralisations-Assay (PN)
6. Assay zur Anhängung von Pseudoviren
7. Beurteilung des Viruseintritts
HA, NA und HIV-1 p24 Proteinexpression des Influenza-Pseudovirus
Um die Effizienz der Virusverpackung zu ermitteln, wurden zunächst Influenza-Pseudovirusbestände mittels HA-Assay nachgewiesen (Abbildung 2A). Die HA-Einheiten pro Milliliter Influenza-Pseudoviren betragen 643 (Tabelle 3). Western-Blot-Assays und Sandwich-ELISA-Assays wurden verwendet, um die HA-, NA- und HIV-1 p24-Proteinexpression zu testen. Anschließend wurden die Verhältnisse der HA-Einheit und der Menge an gag p24 für Pseudoviren berechnet. Die Ergebnisse des Western-Blot-Assays zeigten, dass es 4 Proteintypen gab: HA0-, HA1-, HA2- und NA-Proteine (ergänzende Abbildung 2). Dies deutet darauf hin, dass die Hüllproteine von Influenza-Pseudoviren denen von Wildtyp-Viren ähneln. Die Verhältnisse von HA und Knebel p24 lagen wie berichtet im Normbereich (Tabelle 3)9.
| Pseudovirus-Stämme | HAU/mL | 1,00E + 05 pg/ml | Verhältnis von HAU/1.00E+05 pg* |
| P A/Thailand/(KAN-1)/2004 | 642,52 ± 30,26 | 4.20 ± 0.17 | 152.98 |
| *Die Verhältnisse der HA-Einheiten und der Menge an HIV-1 Gag p24 in Pseudoviren wurden wie folgt berechnet: HA-Einheiten/die Menge an Gag p24. |
Tabelle 3: Quantifizierung des H5-Pseudovirus.
Pseudovirus-Titration
Um die Konzentration der funktionellen Viruspartikel zu messen, wurde die relative Luciferase-Aktivität (RLA) des Pseudovirus nachgewiesen. RLA-Messwerte hängen von vielen Variablen ab. Um den Einfluss der transduzierten Zellmenge auf die RLA-Messwerte zu ermitteln, haben wir die Zellen von 1250, 2500, 5000, 10000, 20000 und 40000 pro Well einer 96-Well-Platte ausgesät (Abbildung 2). Die Ergebnisse zeigten, dass die RLA-Messwerte des Pseudovirus am höchsten sind und der Standardfehler des Mittelwerts am niedrigsten ist, wenn 5000 Zellen in einer Vertiefung mit einer 96-Well-Platte ausgesät werden (Abbildung 4A). Um den Einfluss der Inkubationszeit zu identifizieren, werden RLA-Messwerte 48 h, 60 h und 72 h nach der Virusinfektion detektiert. Die Ergebnisse zeigten, dass bei einer Inkubationsdauer von 60 h die RLA-Messwerte des Pseudovirus höhere Werte und eine bessere Wiederholbarkeit bei geringem Standardfehler des Mittelwerts aufweisen (Abbildung 4B). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es geeignet ist, 5000 Zellen in einer Vertiefung einer 96-Well-Platte auszusäen und RLA-Messwerte 60 Stunden nach der Virusinfektion zu erkennen.
PN-Assays
Die Neutralisationstiter von Immunseren aus der Kontrollgruppe und der DDV-Gruppe wurden mittels PN-Assays gemessen (Abbildung 5). Wie in Abbildung 5A dargestellt, wiesen die Immunseren aus der DDV-Gruppe hohe Neutralisationstiter gegen den Stamm Pseudovirus A/Thailand/1(KAN)-1/04 auf. Im Gegensatz dazu zeigten die Seren der Kontrollgruppe keine Neutralisationsaktivität (Abbildung 5B). Im Vergleich zu herkömmlichen serologischen Assays (HI- und MN-Assays) sind PN-Assays empfindlicher (Daten werden nicht angezeigt).
Assay zur Neutralisierung von Attachments
Einige Neutralisationsantikörper können die Anheftung von Viren an die Sialinsäurerezeptoren behindern. Diese Antikörper richten sich gegen den HA-Kopf und sind nach Immunisierung mit kommerziellem Impfstoff oder Infektion mit Influenzaviren vorherrschend. Um die neutralisierende Aktivität dieser Antikörper zu identifizieren, werden Attachment-Neutralisations-Assays durchgeführt (Abbildung 3). Im Vergleich zu den Kontrollseren ist die neutralisierende Aktivität der Immunseren hoch, was darauf hindeutet, dass in den Immunseren viele Antikörper gegen den HA-Kopf gerichtet sind (Abbildung 6A).
Beurteilung des Viruseintritts
Dieser Assay wird verwendet, um Antikörper zu identifizieren, die die Fusion von Virushülle und endosomalen Membranen während einer Influenzavirusinfektion behindern. Diese Antikörper richten sich gegen die HA-Stieldomäne und sind in der Regel weniger wirksam. Um die Neutralisationstiter dieser Antikörper zu messen, werden Post-Attachment-Assays durchgeführt (Abbildung 3). Es gibt signifikante Unterschiede zwischen den Immunseren und den Kontrollseren, was darauf hindeutet, dass in den Immunseren Antikörper vorhanden sind, die gegen die HA-Stammregion gerichtet sind (Abbildung 6B).

Abbildung 1: Flussdiagramm der Calcium-vermittelten Transfektion. Dieses Flussdiagramm wird verwendet, um die wichtigsten Verfahren der Calcium-vermittelten Transfektion zu beschreiben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 2: Quantifizierung und Titration von Pseudoviren . (A) Flussdiagramm des Pseudovirus-HA-Assays, das die wichtigsten Schritte des Pseudovirus-HA-Assays beschreibt. (B) Flussdiagramm des Pseudovirus-P24-Assays, das die wichtigsten Schritte des Pseudovirus-P24-Assays beschreibt. (C) Flussdiagramm des Pseudovirus-Titrationsassays, das die wichtigsten Schritte des Pseudovirus-Titrationstests beschreibt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 3: Pseudovirus-basierte Neutralisationsassays. (A) Flussdiagramm des PN-Assays, das die wichtigsten Schritte des PN-Assays beschreibt. (B) Flussdiagramm des Pseudovirus-Attachment-Assays, das die wichtigsten Schritte des Attachment-Assays beschreibt. (C) Flussdiagramm zur Bewertung des Viruseintrittsassays, das die wichtigsten Schritte des Viruseintrittstests beschreibt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 4: Pseudovirus-Titration. (A) Unterschiedliche Zellmengen pro Well in einer 96-Well-Platte beeinflussen die RLA-Messwerte. 1250, 2500, 5000, 10000, 20000 und 40000 Zellen wurden in einer 96-Well-Platte ausgesät. (B) Unterschiedliche Erntezeiten beeinflussen die RLA-Messwerte. RLA-Messwerte werden 48 h, 60 h und 72 h nach Virusinfektion erkannt. Die Daten aus drei unabhängigen Experimenten werden als Mittelwert ± REM dargestellt; Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dar. Es wurde eine einfaktorielle ANOVA mit Tukey-Test durchgeführt. P < 0,0001; ns, nicht signifikant. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 5: H5-neutralisierende Antikörperantworten, die mit Pseudoviren nachgewiesen wurden. (A) Titration neutralisierender Antikörperantworten der Immunseren aus der DDV-Gruppe. (B) Titration der neutralisierenden Antikörperantworten der Immunseren aus der Kontrollgruppe. Die IC 50 ist definiert als die reziproke Verdünnung des neutralisierenden Antikörpers, der50 % des Pseudovirus hemmen kann. Die Daten aus drei unabhängigen Experimenten werden als Mittelwert ± REM dargestellt; Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dar. Als Negativkontrolle wurde das VSVG-Pseudovirus verwendet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 6: Nachweis der Neutralisationsantikörperpotenz durch Bindungs- und Viruseintrittsassays . (A) Immunseren aus der DDV-Gruppe, nicht aus der Kontrollgruppe, hemmen die Anheftung von Viren an Zellen. (B) Immunseren aus der DDV-Gruppe, nicht aus der Kontrollgruppe, hemmen teilweise die virale Post-Attachment-Infektion. Die Daten aus drei unabhängigen Experimenten werden als Mittelwert ± REM dargestellt; Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
| Vollständige Zusammensetzung des DMEM-Mediums | Konzentration |
| Dulbeccos modifizierter Adler Medium (DMEM) | 1x |
| Fötales Kälberserum | 10% |
| Penicillin (1 U/ml)/Streptomycin | 1 μg/ml |
Tabelle 1: Vollständige Zusammensetzung des DMEM-Mediums.
| Materialien | Konzentration | Volumen |
| 2x HEPES (pH 7,1) | -- | 675.0 μL |
| CaCl 2 (2,5 m) | -- | 67,5 μL |
| ddH2O | -- | 529,2 μL |
| pCMV Δ 8,9 | 1000 ng/μL | 18,9 μL |
| pCMV/R-HA | 100 ng/μL | 27,0 μL |
| pCMV/R-NA | 50 ng/μL | 13,5 μL |
| pHR-Luc | 1000 ng/μL | 18,9 μL |
Tabelle 2: Pseudovirus-Verpackungssystem.
Ergänzende Abbildung 1: Flussdiagramm der Immunisierung von Mäusen. Dieses Flussdiagramm beschreibt die wichtigsten Verfahren der Mäuseimmunisierung. Die Immunseren wurden als Proben verwendet. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2: HA-, NA- und HIV-1-p24-Proteinexpression des Influenza-Pseudovirus. Western-Blot von Pseudovirus-Proteinen. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Verpackung von Pseudoviren und die Messung der Antikörper-neutralisierenden Aktivität.
Diese Arbeit wurde durch die Forschungsstipendien des Innovation Capacity Building Project der Provinz Jiangsu (BM2020019), des Shenzhen Scientific and Technological Project (Nr. JSGG20200225150702770), Strategic Priority Research Program der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (XDB29030103), Guangdong Scientific and Technological Project (Nr. 2020B1111340076) und das Shenzhen Bay Laboratory Open Research Program (Nr. SZBL202002271003).
| 1 % Chiken Erythrozyten-Biokanal | BC-RBC-C001 | Reagenz | |
| 96-Well-Zellkulturplatten (flacher Boden) | Thermo fisher scientific | 167008 | Verbrauchsmaterial |
| 96-Well-Zellkulturplatten (runder Boden) | Thermo fisher scientific | 163320 | Verbrauchsmaterial |
| Allegra X-15R | Beckman-Schar | - | Ausrüstung/Zentrifuge |
| BD Insulinspritzen | BD | 324910 | Verbrauchsmaterial |
| Calciumchlorid wasserfrei | AMRESCO | 1B1110-500G | Reagenz |
| Chloroquindiphosphat | Selleck | S4157 | Reagenz |
| Dulbecco' s Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 12100-046 | Reagenz |
| Fötales Rinderserum | Gibco | 16000-044 | Reagenz |
| HEK293FT | Gibco | R700-07 | Zelllinie |
| HEPES FREIE SÄURE | AMRESCO | 0511-250G | Reagenz |
| HIV-1 p24 Antigen ELISA | ZeptoMetrix | 801111 | Reagenzkit |
| Luciferase Assay System Gefrierschrank Pack | Promega | E4530 | Reagenzien-Kit |
| MDCK.1 | ATCC | CRL-2935 | |
| Mikrozentrifugenröhrchen für die Zelllinie 1,5 mL | Thermo fisher scientific | 509-GRD-Q | Verbrauchsmaterial |
| Nunc Konische Zentrifugenröhrchen 15 mL | Thermo fisher scientific | 339650 | Verbrauchsmaterial |
| Nunc Konische Zentrifugenröhrchen 50 mL | Thermo fisher scientific | 339652 | Verbrauchsmaterial |
| Nunc EasYFlask 75 cm2 | Thermo fisher wissenschaftliches | 156499 | Verbrauchsmaterial |
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | Reagenz-Pipettenspitzen|
| (10 μ L) | Thermo fisher scientific | TF102-10-Q | Verbrauchsmaterial |
| Pipettenspitzen (100 μ L) | Thermo fisher scientific | TF113-100-Q | Verbrauchsmaterial |
| Pipettenspitzen (1000 μ L) | Thermo fisher scientific | TF112-1000-Q | Verbrauchsmaterial |
| Serologische Pipetten (5 mL) | Thermo fisher scientific | 170355N | Verbrauchsmaterial |
| Serologische Pipetten (10 mL) | Thermo fisher scientific | 170356N | Verbrauchsmaterial |
| Trypsin/EDTA | Gibco | 25200-072 | Reagenz |
| Varioskan Flash | Thermo fisher wissenschaftlich | -- | Ausrüstung/Mikroplatten-Reader |
| Wassermantel-Inkubator | Thermo fisher scientific | 3111 | Ausrüstung/Zell-Inkubator |
| Pentobarbital-Natriumsalz | Sigma | 57-33-0 | Reagenz |