Artículo de método

Evaluación conformacional del VIH-1 glicoproteínas de la envoltura trimérica El uso de un ELISA ensayo basado en células

DOI:

10.3791/51995

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14 de septiembre de 2014

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1Centre de recherche du CHUM, Department of Microbiology, Infectiology and Immunology, Université de Montréal

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

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Comprender las conformaciones de los antígenos de superficie viral es necesario para evaluar la neutralización de anticuerpos y guiar el diseño de inmunógenos de vacunas efectivos. En este trabajo describimos un ensayo ELISA basado en células que permite estudiar el reconocimiento de la trimérica VIH-1 Env expresada en la superficie de las células transfectadas por anticuerpos anti-Env específicos.

Resumen

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Las glicoproteínas de la envoltura del VIH-1 (Env) median la entrada viral en las células diana y son esenciales para el ciclo infeccioso. Comprender cómo esas glicoproteínas son capaces de alimentar el proceso de fusión a través de sus cambios conformacionales podría conducir al diseño de inmunógenos mejores y más eficaces para las estrategias de vacunación. En este trabajo describimos un ensayo ELISA basado en células que permite estudiar el reconocimiento de Env trimérico del VIH-1 por anticuerpos monoclonales. Tras la expresión de Env trimérico del VIH-1 en la superficie de las células transfectadas, se incuban con las células anticuerpos anti-Env específicos de conformación. A continuación, se utiliza un anticuerpo secundario conjugado con peroxidasa de rábano picante y una reacción de quimioluminiscencia simple para detectar anticuerpos unidos. Este sistema es altamente flexible y puede detectar cambios conformacionales de Env inducidos por CD4 soluble o proteínas celulares. Requiere una cantidad mínima de material y no requiere equipos o conocimientos técnicos altamente especializados. Por lo tanto, esta técnica se puede establecer para el cribado de antígenos y anticuerpos, como los anticuerpos recién aislados.

Introducción

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Humana tipo 1 del virus de inmunodeficiencia (VIH-1) de entrada, mediada por las glicoproteínas de la envoltura viral triméricos (ENV) es el primer paso del ciclo infeccioso. Siendo el único antígeno viral expuesto presentado en la superficie de los viriones, la Env trímero provoca anticuerpos neutralizantes y no neutralizantes. Como tal, representa un candidato interesante para el diseño inmunógeno de la vacuna. Sin embargo, los ensayos de vacunación con Env en formas solubles o recombinantes suscitó respuestas con sólo una eficacia mínima contra más primaria del VIH-1 aislados de 1-3. No obstante, la eficacia parcial observada en el ensayo de la vacuna RV144 4 renovado interés en el VIH-1 Env como candidato inmunógeno. Esto fue corroborado por un reciente estudio describiendo que los anticuerpos anti-Env vacuna-suscitó fueron suficientes para generar un cierto grado de protección contra el VIS y el VIH desafía 5.

Después de ser sintetizada en el retículo endoplásmico, el glycoprote Enven precursora, gp160, experimenta varias modificaciones post-traduccionales que son críticos para su capacidad para alimentar el proceso de fusión viral. El precursor de Env debe doblar correctamente y asociado en trímeros antes de ser escindida en sus gp120 y gp41 transmembrana extra-citoplasmáticos subunidades 6-10, con interacciones no covalentes que mantienen el enlace con gp120-gp41. La maquinaria de la célula infectada también es en gran medida responsable de glicosilar Env, que comprende aproximadamente 50% de su masa total 11,12. La compleja estructura resultante permite Env para ser conformacionalmente flexible de 13,14, mientras que proporciona una metaestabilidad que se piensa para permitir Env para adaptarse y ocultar ciertos epítopos altamente inmunogénicos que de otro modo estar expuestos 15-19, subrayando la importancia de comprender mejor las diferentes conformaciones muestreada por el trimer Env nativa.

Hasta la fecha, varias técnicas se han desarrollado y utilizado con éxito para estudiar Env ch conformacionalanges. Sin embargo, varían en sus limitaciones, está a menudo restringido a contextos específicos Env. Por ejemplo, la resonancia de plasmón de superficie o ensayos de inmunoprecipitación utilizando anticuerpos monoclonales específicos de conformación (mAbs), se basan ya sea en moléculas Env solubles o solubilizados monoméricas que se sabe que son inmunogenéticamente diferentes de sus formas triméricas 20,21. Estudios recientes también sugieren que la escisión afecta conformaciones resultantes Env en la exposición de los epítopos reconocidos principalmente por anticuerpos no neutralizantes 14,22,23.

A continuación se describe en detalle un método que permite la determinación rápida y fácil de la conformación de celularmente-expresado Env trímeros 18,24-26. Después de la transfección transitoria de Env en una línea de células adherentes humana la unión de los anticuerpos de Env-específicos se detecta utilizando una reacción de quimioluminiscencia simple. Esta técnica también se puede utilizar para caracterizar la preferencia conformacional de conformación depen-anticuerpos abolladura. Por lo tanto, este ensayo proporciona un método robusto y altamente flexible de detección.

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Protocolo

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1. Día 1 - Cultivo Celular

  1. Plate 2 x 10 4 células por pocillo en un 96 pocillos placa de cultivo celular opaco adecuado para la lectura de luminiscencia osteosarcoma humano (HOS). Utilice Medio Eagle Modificado de Dulbecco (DMEM) suplementado con 10% de suero bovino fetal (FBS) y 100 U / ml de penicilina-estreptomicina. Incubar hasta el día siguiente a 37 ° C, 5% de CO 2.

2. Día 2 - Polietilenimina (PEI) Transfección

  1. Preparar la mezcla de transfección de acuerdo con los pasos subsiguientes. Ajuste reactivos y cantidades de ADN de acuerdo con el número de pozos que van a ser transfectadas con el mismo Env.
  2. Tubo A: Añadir 10 ng de plásmido Tat-codificación (tal como pTat-III 27) y 150 ng de plásmido que codifica la Env a 5 l de DMEM suplementado con 25 mM HEPES.
  3. El plásmido Tat-codificación sólo es necesaria para utilizar plásmidos Tat-dependientes Env-codifican como pSVIII.
  4. Tubo B: Añadir 450 ng PEI (desde un 1g / l solución) a 5 l de DMEM.
  5. Añadir el contenido del tubo B al tubo A. Mezclar bien por agitación durante 10 segundos e incubar la mezcla de transfección de 10 minutos a temperatura ambiente (22 ° C).
  6. Añadir 10 l de la mezcla de transfección por pocillo de la placa de 96 pocillos. Incubar durante 48 horas a 37 ° C, 5% de CO 2.

3. Día 4 - ELISA

  1. Lleve a cabo todos los experimentos a temperatura ambiente para reducir al mínimo posible la endocitosis de los complejos Env / anticuerpos.
  2. Preparar 250 ml de tampón de lavado por placa que se utilizan al mismo tiempo. Tampón de Lavado es solución salina tamponada con Tris 1X (TBS) pH 7,5 (50 mM Tris-Cl, pH 7,5; NaCl 150 mM), suplementado con 1 mM de MgCl 2 y 1,8 mM CaCl 2.
  3. Preparar 125 ml de tampón de bloqueo por plato añadiendo leche en polvo sin grasa 1% y 5 mM Tris pH 8,0 y tampón de lavado.
  4. Retire el medio de cultivo de células y mezcla de transfección (sobrenadante) de la placa de 96 pocillos.
  5. Añadir 100 μ; L de tampón de bloqueo por pocillo y se incuba 20 min a TA.
  6. Eliminar el sobrenadante y añadir 50 l de anticuerpo (o suero) por pocillo, se diluyó a la concentración apropiada en tampón de bloqueo. Típicamente, usar una concentración de 1 g / ml. Incubar 1 hora a temperatura ambiente.
  7. Lave 3 veces con 100 l tampón de bloqueo y luego repetir 3x proceso de lavado con 100 l tampón de lavado.
  8. Aspirar el sobrenadante, añadir 100 l tampón de bloqueo, e incubar 5 minutos a temperatura ambiente.
  9. Aspirar el sobrenadante y añadir 50 l de anticuerpo secundario, diluido 1/3000 en tampón de bloqueo. Variar dilución óptima de anticuerpo de acuerdo a las diferencias fabricante. Incubar 40 min a RT.
  10. Lave 3 veces con 100 l tampón de bloqueo y luego repetir 3x proceso de lavado con 100 l tampón de lavado.

4. Adquisición de Datos

  1. Aspirar el sobrenadante de la placa y añadir 30 l 1x aumento de quimioluminiscencia (ECL) de sustrato por pocillo.
  2. Adquirir chemiluminescence señal durante 1 seg / pocillo en un lector de placas adecuado de acuerdo con las instrucciones del fabricante. El tiempo de lectura puede variar de acuerdo a las diferencias de hardware.

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Resultados

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Usando el procedimiento general descrito anteriormente, se adaptó el protocolo para ensayar el impacto de CD4 soluble (sCD4) y CD4 celular coexpressed en la exposición de los epítopos CD4i en cualquiera de tipo salvaje (wt) o mutado Env, como se describió previamente 18,24, 25,28. La figura 1 representa esquemáticamente el procedimiento general y la exposición de epítopos CD4i después del tratamiento con sCD4 o por coexpresión de CD4 celular 18. En la Figura 2, se ...

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Discusión

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Este ensayo se optimiza para detectar la interacción de los mAb específicos con el VIH-1 trimérica Env expresada en la superficie celular. Una vez que el protocolo ha sido establecida, puede ser utilizado en medios a altos rendimientos con bajos costes de materiales globales y pequeñas cantidades de anticuerpos. Dado que este ensayo está basado en la transfección, puede ser fácilmente adaptado para la coexpresión de las proteínas celulares tales como CD4 con el fin de estudiar sus efectos sobre la conformación Env.

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Divulgaciones

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Los autores declaran no tener conflictos de interés.

Agradecimientos

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Agradecemos al Dr. James Robinson por su generosa donación de la A32, 17b, 48d, y C11 mAbs. PGT 121 se obtuvo a través del Programa de reactivos de SIDA de los NIH, la División de SIDA, NIAID, NIH (Cat # 12343). Este trabajo fue apoyado por la Fundación Canadiense para la Innovación Líder del Programa # 29866, por un operativo CIHR # 257792, por un Establecimiento FRQS de Joven Científico Grant # 24639 de la FA y por un subsidio continuo CRCHUM, así como por un CIHR subvención catalizador # 126630 a AF y RM. AF es el destinatario de un FRSQ Chercheur Boursier Junior 1 beca # 24639. MV fue apoyado por un Premio de Investigación Doctoral CIHR # 291485.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Células HOS ATCCCRL-1543
Placa de cultivo de tejidos opaca blanca, 96 pocillos, fondo planoBD353296
Polietilenimina, lineal, 25.000 MWPolysciences23966Preparado en solución de 1 mg/ml
Medio Eagle Modificado de Dulbecco (DMEM)Invitrogen11995
IgG antihumana de cabra, peroxidasa conjugadaPierce31413
Sustrato de quimioluminiscencia mejoradaPerkinElmerNEL105001EA
TriStar LB 941, Lector de placasBerthold Technologies

Referencias

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  1. Bures, R., et al. Immunization with recombinant canarypox vectors expressing membrane-anchored glycoprotein 120 followed by glycoprotein 160 boosting fails to generate antibodies that neutralize R5 primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. AIDS Res. Human Retroviruses. 16, 2019-2035 (2000).
  2. Koff, W. C. HIV vaccine development: challenges and opportunities towards solving the HIV vaccine-neutralizing antibody problem. Vaccine. 30, 4310-4315 (2012).
  3. Mascola, J. R., et al. Immunization with envelope subunit vaccine products elicits neutralizing antibodies against laboratory-adapted but not primary isolates of human immunodeficiency virus type 1. The National Institute of Allergy and Infectious Diseases AIDS Vaccine Evaluation. 173, 340-348 (1996).
  4. Rerks-Ngarm, S., et al. Vaccination with ALVAC and AIDSVAX to prevent HIV-1 infection in Thailand. N. Engl. J. Med. 361, 2209-2220 (2009).
  5. Roederer, M., et al. Immunological and virological mechanisms of vaccine-mediated protection against SIV and HIV. Nature. 505, 502-508 (2014).
  6. Fennie, C., Lasky, L. A. Model for intracellular folding of the human immunodeficiency virus type 1 gp120. J. Virol. 63, 639-646 (1989).
  7. Willey, R. L., Bonifacino, J. S., Potts, B. J., Martin, M. A., Klausner, R. D. Biosynthesis cleavage, and degradation of the human immunodeficiency virus 1 envelope glycoprotein gp160. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85, 9580-9584 (1988).
  8. Bosch, V., Pawlita, M. Mutational analysis of the human immunodeficiency virus type 1 env gene product proteolytic cleavage site. J. Virol. 64, 2337-2344 (1990).
  9. Hallenberger, S., et al. Inhibition of furin-mediated cleavage activation of HIV-1 glycoprotein gp160. Nature. 360, 358-361 (1038).
  10. Li, Y., Luo, L., Thomas, D. Y., Kang, C. Y. The HIV-1 Env protein signal sequence retards its cleavage and down-regulates the glycoprotein folding. Virology. 272, 417-428 (2000).
  11. Leonard, C. K., et al. Assignment of intrachain disulfide bonds and characterization of potential glycosylation sites of the type 1 recombinant human immunodeficiency virus envelope glycoprotein (gp120) expressed in Chinese hamster ovary cells. J. Biol. Chem. 265, 10373-10382 (1990).
  12. Wang, W., et al. A systematic study of the N-glycosylation sites of HIV-1 envelope protein on infectivity and antibody-mediated neutralization. Retrovirology. 10 (14), (2013).
  13. Helseth, E., Olshevsky, U., Furman, C., Sodroski, J. Human immunodeficiency virus type 1 gp120 envelope glycoprotein regions important for association with the gp41 transmembrane glycoprotein. J. Virol. 65, 2119-2123 (1991).
  14. Haim, H., Salas, I., Sodroski, J. Proteolytic processing of the human immunodeficiency virus envelope glycoprotein precursor decreases conformational flexibility. J. Virol. 87, 1884-1889 (2013).
  15. Chen, L., et al. Structural basis of immune evasion at the site of CD4 attachment on HIV-1 gp120. Science. 326, 1123-1127 (2009).
  16. Kwong, P. D., et al. HIV-1 evades antibody-mediated neutralization through conformational masking of receptor-binding sites. Nature. 420, 678-682 (2002).
  17. Sakai, K., Takiguchi, M. Toward an effective AIDS vaccine development. Eur. J. Immunol. 43, 3087-3089 (2013).
  18. Veillette, M., et al. Interaction with Cellular CD4 Exposes HIV-1 Envelope Epitopes Targeted by Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity. J. Virol. 88, 2633-2644 (2014).
  19. Wibmer, C. K., et al. Viral escape from HIV-1 neutralizing antibodies drives increased plasma neutralization breadth through sequential recognition of multiple epitopes and immunotypes. PLoS Pathogens. 9 (e1003738), (2013).
  20. Kovacs, J. M., et al. HIV-1 envelope trimer elicits more potent neutralizing antibody responses than monomeric gp120. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 12111-12116 (2012).
  21. Yuan, W., Bazick, J., Sodroski, J. Characterization of the multiple conformational States of free monomeric and trimeric human immunodeficiency virus envelope glycoproteins after fixation by cross-linker. J. Virol. 80, 6725-6737 (2006).
  22. Guttman, M., Lee, K. K. A functional interaction between gp41 and gp120 is observed for monomeric but not oligomeric, uncleaved HIV-1 Env gp140. J. Virol. 87, 11462-11475 (2013).
  23. Ringe, R. P., et al. Cleavage strongly influences whether soluble HIV-1 envelope glycoprotein trimers adopt a native-like conformation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 18256-18261 (2013).
  24. Desormeaux, A., et al. The highly conserved layer-3 component of the HIV-1 gp120 inner domain is critical for CD4-required conformational transitions. J. Virol. 87, 2549-2562 (2013).
  25. Haim, H., et al. Soluble CD4 and CD4-mimetic compounds inhibit HIV-1 infection by induction of a short-lived activated state. PLoS Pathogens. 5 (e1000360), (2009).
  26. Haim, H., et al. Contribution of intrinsic reactivity of the HIV-1 envelope glycoproteins to CD4-independent infection and global inhibitor sensitivity. PLoS Pathogens. 7 (e1002101), (2011).
  27. Thali, M., et al. Effects of changes in gp120-CD4 binding affinity on human immunodeficiency virus type 1 envelope glycoprotein function and soluble CD4 sensitivity. J. Virol. 65, 5007-5012 (1991).
  28. Medjahed, H., Pacheco, B., Desormeaux, A., Sodroski, J., Finzi, A. The HIV-1 gp120 major variable regions modulate cold inactivation. J. Virol. 87, 4103-4111 (2013).
  29. Thali, M., et al. Characterization of conserved human immunodeficiency virus type 1 gp120 neutralization epitopes exposed upon gp120-CD4 binding. J. Virol. 67, 3978-3988 (1993).
  30. Finzi, A., et al. Topological layers in the HIV-1 gp120 inner domain regulate gp41 interaction and CD4-triggered conformational transitions. Mol. Cell. 37, 656-667 (2010).
  31. Kassa, A., et al. Transitions to and from the CD4-bound conformation are modulated by a single-residue change in the human immunodeficiency virus type 1 gp120 inner domain. J. Virol. 83, 8364-8378 (2009).
  32. Xiang, S. H., et al. Mutagenic stabilization and/or disruption of a CD4-bound state reveals distinct conformations of the human immunodeficiency virus type 1 gp120 envelope glycoprotein. J. Virol. 76, 9888-9899 (2002).
  33. Mouquet, H., et al. Complex-type N-glycan recognition by potent broadly neutralizing HIV antibodies. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 3268-3277 (2012).
  34. Julien, J. P., et al. Broadly neutralizing antibody PGT121 allosterically modulates CD4 binding via recognition of the HIV-1 gp120 V3 base and multiple surrounding glycans. PLoS Pathogens. 9 (e1003342), (2013).
  35. Walker, L. M., et al. Broad neutralization coverage of HIV by multiple highly potent antibodies. Nature. 477, 466-470 (2011).
  36. Moore, J. P., Willey, R. L., Lewis, G. K., Robinson, J., Sodroski, J. Immunological evidence for interactions between the first, second, and fifth conserved domains of the gp120 surface glycoprotein of human immunodeficiency virus type 1. J. Virol. 68, 6836-6847 (1994).
  37. Robinson, J. E., Yoshiyama, H., Holton, D., Elliott, S., Ho, D. D. Distinct antigenic sites on HIV gp120 identified by a panel of human monoclonal antibodies. J. Cell. Biochem. Suppl. 16E (Q449), (1992).
  38. Bonsignori, M., et al. Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity-Mediating Antibodies from an HIV-1 Vaccine Efficacy Trial Target Multiple Epitopes and Preferentially Use the VH1 Gene Family. J. Virol. 86, 11521-11532 (2012).
  39. Brand, D., Srinivasan, K., Sodroski, J. Determinants of human immunodeficiency virus type 1 entry in the CDR2 loop of the CD4 glycoprotein. J. Virol. 69, 166-171 (1995).

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