Un protocolo de alto rendimiento para la evaluación funcional de reactivación eficaz del VIH y la separación de provirus latentes es descrito y aplicado por el impacto de las intervenciones sobre la transcripción del VIH la prueba y empalme. Se proporcionan resultados representativos del efecto de latencia inversión a agentes sobre la transcripción basada en litros y empalme.
VIH sigue siendo incurable debido a la existencia de un reservorio de células que alberga de forma estable y latente del virus, que permanece invisible al sistema inmune y no está dirigido por la actual terapia antirretroviral (carro). Transcripción y splicing han demostrado reforzar la latencia del VIH-1 en la reclinación de las células T CD4 +. Revocación de la latencia por el uso de agentes de reversión de latencia (LRAs) en el enfoque de “choque y muerte” se ha estudiado extensivamente en un intento de purgar este embalse pero hasta ahora no ha mostrado éxito en ensayos clínicos debido a la falta de desarrollo de pequeños adecuada moléculas que eficientemente pueden perturbar este embalse. El protocolo presentado aquí proporciona un método fiable y eficiente evaluación de agentes de reversión de latencia (LRAs) sobre la transcripción del VIH y empalme. Este enfoque se basa en el uso de un reportero de color dual basada en litros que puede medir simultáneamente el efecto de un LRA en transcripción y splicing mediante citometría de flujo. El protocolo descrito aquí es adecuado para células adherentes, así como las células en suspensión. Es útil para probar un gran número de medicamentos en un sistema de alto rendimiento. El método es técnicamente rentable y fácil de implementar. Además, el uso de citometría de flujo permite la evaluación de la viabilidad celular y así la toxicidad de la droga al mismo tiempo.
A pesar de terapia antirretroviral a largo plazo eficaz, el VIH persiste en estado latente como un provirus integrado en la memoria de las células T CD4 +1. La estructura de la cromatina de los VIH-1 5′ promotor de repetición terminal larga (LTR) y modificaciones epigenéticas como la metilación de histonas y desacetilación de ADN metiltransferasas (DNMT) e histona deacetilasas (HDAC) son mecanismos importantes que conducen a represión transcripcional y post integración latencia2,3. Una gran variedad de agentes de inversión de latencia (LRAs) ha sido investigada por su eficacia inducir la producción de virus in vitro y en vivo de latente infectados descanso CD4 + T células4,5,6,7 ,8. Entre las LRAs probado, HDACi (inhibidores de la HDAC) y apuesta bromodominios inhibidores (BETis) inducen la decondensation de la cromatina y la liberación de la transcripción positivo alargamiento factor b (P-TEFb) respectivamente, dando lugar a posteriores aliviar de la transcripcional represión en el LTR 5′ y la activación del VIH expresión9,10,11,12,13. Sin embargo, la magnitud de reactivación alcanzada por estos LRAs fue limitada como sólo un modesto aumento en células asociadas unspliced VIH mRNA (RNA), indicativo de la transcripción viral, observó ex vivo14,15. Importante, estos LRAs también no pudieron inducir una reducción en la frecuencia de las células infectadas latente.
Expresión de VIH puede ser más restringido por empalme ineficiente16 así como defectos en la exportación nuclear de multiplicar empalmado HIV RNA (RNA MS)17. Así, se necesitan identificables nuevas clases de LRAs que son más potentes y pueden afectar distintos aspectos de la integración después de la producción de virus. Además, se requiere el desarrollo de nuevos ensayos que ayudan a definir los compuestos óptimos para invertir eficientemente latencia.
Aquí, se presenta un protocolo, que utiliza un enfoque de alto rendimiento para la evaluación funcional del impacto de intervenciones basadas en LTR del VIH transcripción y splicing. En Resumen, un nuevo dual basada en LTR color reportero sistema pLTR.gp140/EGFP. RevΔ38/DsRed (figura 1) se utiliza para evaluar reactivación de VIH mediante citometría de flujo. En este reportero fluorescente, la expresión de mRNA de VIH unspliced (4 kb) conduce a la expresión de la proteína verde fluorescente mejorada (EGFP), mientras que la expresión de mRNA empalmado (2 kb) daría lugar a la expresión de la proteína fluorescente Discosoma SP rojo (DsRed). Brevemente, hemos utilizado una proteína fluorescente de fusión Env-EGFP, gp140unc. EGFP, donde la secuencia de codificación de EGFP fue colocada en el marco de forma truncada y no hendida de la envoltura (Env). Cambios fueron introducidos para ablar del sitio de la hendidura evitando la disociación de la Env gp120 y gp41-EGFP y truncar la proteína gp160 antes el dominio de la transmembrana creando un análogo soluble de la Env, que facilita el plegamiento correcto y expresión de EGFP. A la expresión dentro de una célula, Rev se localiza en el núcleo donde interviene en la exportación nuclear-citoplásmico de la env de 4 kb mRNA mediante la interacción con el elemento de respuesta rev (RRE). El truncamiento de la Env no comprometiera RRE, que se encuentra entre gp120 y gp41 y el A7 3′ sitio del empalme. En este sistema, que empalma en el VIH-1 empalme donante 4 (SD4) y el empalme aceptador 7 (SA7) resultados en la producción de 2 kb mRNA que codifican una proteína Rev no funcional truncada en el aminoácido 38 unida a proteína fluorescente DsRed, RevΔ38-DsRed. Brevemente, DsRed fue insertado en el exón 2nd de Rev en el aminoácido 38 por superposición extensión18. Para facilitar la exportación nuclear de mRNA unspliced, un vector de expresión mamífero codificación Rev (pCMV-RevNL4.3) fue co transfectado con el constructo de reportero fluorescente (figura 2). Esta construcción única reportera aquí descrita es útil en la evaluación de alto rendimiento de la transcripción del VIH y empalme, sin necesidad de usar vectores virales.
Nota: Procedimientos de clonación, transformación y la secuencia son discutidas en otra parte18,19. Los protocolos aquí a partir de la transfección de los vectores de expresión mamíferos (figura 3).
1. construcción de transfección de células HEK293T con la reportera de Color Dual
2. tratamiento de HEK293T Transfected las células con latencia agentes de inversión
Nota: Antes de cada ensayo, determinar la condición fisiológica de cada LRA por la medición de la viabilidad de las células después de la exposición a dosis altas y bajas de la droga en ensayo de proliferación celular.
3. tinción de células Transfected con el tinte de viabilidad pueden corregir para el análisis de citometría de flujo
PRECAUCIÓN: Eliminación de desechos y células muertas es esencial para eliminar los falsos positivos y obtener resultados de alta calidad.
4. EGFP y mediciones DsRed por citometría de flujo y análisis de datos
Nota: Analizar la transcripción del VIH (% EGFP) y empalme (% DsRed) en un citómetro de flujo. Filtrar la muestra antes de la carrera con un celular-filtro 70 μm o 100 μm de malla de nylon para evitar la obstrucción de la boquilla.
Dada la dificultad en la medición de la reactivación del virus ex vivo, una amplia gama de vitro se desarrollaron modelos sobre el tiempo para estudiar la latencia del VIH incluyendo latente infectados líneas de células T (J-Lats, ACH2, U1), modelos primarios de la infección latente de descanso) Modelos o ‘ Doherty, Lewin, Greene y espina) o pre-activado de células T CD4 + (Sahu, Marini, Planelles, Siliciano, modelos de Karn) sola ronda o replicación competente reportero virus22. Para modelar las condiciones fisiológicas de la latencia del VIH en la reclinación de las células T CD4 +, sistemas de doble fluorescente reportera sobrevinieron como el reportero RGH (rojo-verde-VIH) desarrollado por grupo de Ivan Sadowski con un marcador de basada en LTR Gag-eGFP y un mCherry impulsado por CMV en lugar de Nef23. Un similar virus reportero de color dual, Duo-Fluo, fue desarrollado por laboratorio E. Verdin con una expresión de EGFP impulsado por litro y un marcador fluorescente mCherry conducida por un promotor de EF1α24. En este sistema, la EGFP fue insertado en el extremo 3′ de los provirus en lugar de Nef. La eliminación en la dotación en ambos sistemas previene múltiples rondas de infecciones. Por otra parte, la combinación de las dos proteínas fluorescentes permite la detección de manera productiva (eGFP mCherry +) y latente (eGFP – mCherry +) las células infectadas. Sin embargo, varias deficiencias de los virus de la reportera de color dual eran sensibles en células T CD4 + como la infección directa de las células infectadas latente es en gran parte dependiente en el estado de activación celular de los linfocitos T23,24. De hecho, observó muy baja tasa de infección con estos virus dos reportero en la reclinación de las células CD4 + T: 0.1% para RGH23 y 0.2% para el DuoFluo25. Además, como el CMV promotor se ha demostrado que se expresa en bajos niveles en células no activadas26,27,28, un CMV inactiva o promotor de EF1α daría lugar a la subestimación de la latente infectados poblaciones.
Hemos generado y caracterizado un nuevo vector reportero de VIH para estudiar el establecimiento de latencia y reactivación del virus en un ensayo de alto rendimiento. Ventajas de nuestro método de detección incluyen i) costo efectividad con la capacidad de evaluar la transcripción y splicing simultáneamente, ii) la capacidad de probar una gran cantidad de drogas o combinaciones en un solo experimento, iii) rápida evaluación de la efecto de LRAs por citometría de flujo (30-45 min típico tiempo de lectura para 96 placa bien independientemente del número de parámetros fluorescentes), iv) alto rango dinámico, v) conveniente para la transfección de alto rendimiento y citometría de flujo utilizando brazos de robot y plataforma HTS, automatizados de curado VI) rápida de los datos mediante una plantilla de área de trabajo de citometría de flujo, vii) óptima para la suspensión y las células adherentes, viii) la simplicidad del modelo y capacidad de adaptación a medidas de luminiscencia y placa lector (dual luciferasa de luciérnaga y Renilla) y ix) escalabilidad (formatos de pate de 96 y 384 pocillos).
La propensión de un LRA o una combinación de LRAs para activar la transcripción basada en el LTR del VIH y empalmar así expresión de proteínas fluorescentes de EGFP y DsRed podría ser examinada mediante citometría de flujo utilizando nuestro reportero que empalma del VIH. Sin embargo, antes de probar la sinergia de novela LRAs, es altamente recomendable para determinar las condiciones fisiológicas de cada LRA por la medición de la viabilidad de las células después de la exposición a una gama de concentraciones de la droga sola. Por lo tanto, es esencial para eliminar los falsos positivos y obtener resultados de alta calidad incluyendo un marcador de células vivas y muertas. Otro aspecto importante de análisis de citometría de flujo es los controles de compensación o FMO. Se recomienda utilizar muestras solo manchadas asegurando mínimo contagio de EGFP + población en la DsRed y viceversa. Además, es esencial a cuenta de la autofluorescencia de las células incluyendo las células sin manchas. Por último, un control regular del funcionamiento del citómetro y la sensibilidad a través de los detectores es fundamental sobre todo cuando mide las muestras para un estudio que abarca un largo período de tiempo.
Aunque no se discute en la sección de protocolo, hay varias limitaciones de nuestro sistema que empalma del reportero. Para una discusión más completa, por favor vea nuestra publicación anterior (Khoury et al., 2018). Exportación de la parcialmente o unspliced variantes del mRNA del VIH es facilitada por la proteína viral Rev y su asociación con elemento de respuesta Rev (RRE) en estos mRNA especie29,30,31,32. La sobreexpresión de Rev en nuestro sistema nos ha permitido sortear el mayor bloque de retención nuclear de multiply empalmado y mRNAs unspliced observado en latente infectados de células T17 y foco en la comprensión de cómo las LRAs inducen transcripción y splicing así la reactivación del virus. Además, dado que nuestro sistema requiere la transfección de 3 plásmidos, elegimos HEK293T células porque la eficiencia de transfección alta de estas células. Debido a la diferente disponibilidad temporal y espacial de factores celulares en células de T respecto a una línea celular de cáncer, es importante validar los resultados del empalme reportero adquirida en células HEK293T en líneas de células T y células primarias, que podría proporcionar gran problemas técnicos debido a su limitada transfectability. Por lo tanto, el uso de reactivos de entrega ADN alternativa para transfección como DMRIE-C, que se ha demostrado para ser particularmente eficaz para la transfección de células de suspensión (por ejemplo, Jurkat) o métodos nucleofection como Amaxa nucleofector o neón sistema de transfección que se han demostrado para facilitar la entrega eficiente y confiable de uno o varios plásmidos difícil para transfectar las células incluyendo primaria de células T CD4 +. Por otra parte, sería interesante probar este sistema de reportero en el contexto del virus de larga duración en un modelo de célula primaria de latencia mediante los métodos antes mencionados de la transfección. De hecho, las diferencias en la disponibilidad de host, alargamiento y transcripción factores en una celda de rCD4 + T de empalme pueden afectar la capacidad de una LRA para reactivar el provirus latente. Por último, nuestro modelo no responde a si puede afectar LRA transcripción y empalme de las células del espectador, y si puede inducir virus competentes de replicación. Sin embargo, sospechamos que al medir un aumento de células asociadas VIH U.S. y MS RNA, Esto conduciría a la producción de virus competentes de replicación en el sobrenadante de cultivo. Esto podía ser confirmado mediante la realización del patrón oro virus cuantitativo consecuencia ensayo (QVOA)33.
Debido a la naturaleza compleja de latencia y reactivación del virus eficaz, una estrategia multifacética combinatoria puede ser necesario34. Tratamiento potencial necesita estimular múltiples vías incluyendo transcripción y splicing, que previamente se ha demostrado que desempeñan un papel esencial en el establecimiento de latencia16,35,36, 37. impulsado por litro nuestro reportero empalme permitiría una proyección de alto rendimiento de procesamiento de drogas que puede perfectamente ambos pasos, transcripción y splicing, aumentando la posibilidad de encontrar moléculas que pueden sinergizar de manera eficiente, que daría lugar a una menor niveles de dosis y toxicidad de cada droga.
The authors have nothing to disclose.
<strong>Cell culture</strong> | |||
HEK293T cells (Human Embryonic Kidney cells) | ATCC | CRL-3216 | Replicates vectors carrying the SV40 region of replication. |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM 1x + GlutaMAX-I) | Gibco | 10569-010 | + 4.5 g/L D-Glucose + 110 mg/L Sodium Pyruvate |
Fetal Bovine serum | Gibco | 10099-141 | Origin Australia |
Penicillin-Streptomycin | Sigma | P4458 | |
Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), no calcium, no magnesium | Gibco | 14190-136 | |
Trypan blue Stain, 0.4% | Gibco | 15250 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Gibco | 25300054 | |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-019 | Lipid transfection reagent |
Opti-MEM I (1x) reduced serum medium | Gibco | 31985-070 | Serum free medium |
NucleoBond Xtra Maxi | Marcherey-Nagel | 740414.50 | |
pEGFP-N1 plasmid | Clontech (TaKaRa) | 6085-1 | Expression of EGFP in mammalian cells, CMV<sub>IE</sub> promoter. |
pDsRed-Express-N1 | Clontech (TaKaRa) | 632429 | Expression of DsRed-Express in mammalian cells, CMV<sub>IE</sub> promoter. |
pLTR.gp140/EGFP.RevD38/DsRed | Addgene | 115775 | |
pCMV-Rev<sup>NL4.3</sup> | Addgene | 115776 | |
pCMV-Tat101<sup>AD8</sup>-Flag | Addgene | 115777 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Millipore | 67-68-5 | |
JQ1(+) | Cayman Chemical | 11187 | Stock at 10 mM in DMSO; working concentration 1 μM |
JQ1(-) | Cayman Chemical | 11232 | Stock at 10 mM in DMSO; working concentration 1 μM |
Phorbol Myristate Acetate (PMA) | Sigma-Aldrich | 16561-29-8 | Stock at 100 μg/mL in DMSO; working concentration 10 nM |
Phytohaemagglutinin (PHA) | Remel | HA15/R30852701 | Stock at 1 μg/μL in PBS; working concentration 10 μg/mL |
Vorinostat (VOR) | Cayman Chemical | 10009929 | Stock at 10 mM in DMSO; working concentration 0.5 μM |
Panobinostat (PAN) | TRC | P180500 | Stock at 10 mM in DMSO; working concentration 30 nM |
CellTiter 96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay | Promega | 63581 | |
Venor GeM Classic | Minerva Biolabs | 11-1100 | Mycoplasma Detection Kit, PCR-based |
<strong>Name</strong> | <strong>Company</strong> | <strong>Catalog Number</strong> | <strong>Comments</strong> |
<strong>Flow cytometry reagents</strong> | |||
LSR Fortessa | BD Biosciences | Flow cytometer (4 lasers-blue, red, violet and yellow) | |
LSR II | BD Biosciences | Flow cytometer (3 lasers-blue, red and violet) | |
LIVE/DEAD Fixable Near-IR Dead Cell Stain Kit | Life Technologies | L34976 | Viability dye: for 633 or 635 nm excitation, 400 assays. Component A and B are both provided in the kit. |
Bovine Serum Albumin | Sigma | A2153 | |
EDTA 0.5M pH8 | Gibco | 15575-038 | |
Formaldehyde Solution 37/10 (37%) | Chem-Supply | FA010 | |
BD FACS Diva CS&T Research Beads | BD Biosciences | 655050 | Calibration beads |
Sphero Rainbow Calibration Particles (8 peaks) | BD Biosciences | 559123 | 3.0 – 3.4 mm |
Sheath solution | Chem-Supply | SA046 | 90 g NaCl in 10 L water |
HAZ-Tabs | Guest Medical | H8801 | Chlorine release tablets for disinfection |
Decon 90 | Decon Laboratories Limited | N/A | Concentrated cleaning agents of flow cytometer. Working solution Decon 90 5%. |
Sodium Hypochlorite (12-13% Solution) | Labco | SODHYPO-5L | Concentrated cleaning agents of flow cytometer. Working solution bleach 1%. |
7x | MPBio | IM76670 | Concentrated cleaning agents of flow cytometer. Working solution 7x 1%. |
<strong>Name</strong> | <strong>Company</strong> | <strong>Catalog Number</strong> | <strong>Comments</strong> |
<strong>Materials</strong> | |||
Tissue culture flasks (75 cm<sup>2</sup>, canted neck, cap vented) | Corning | 430641U | |
Tissue culture plates (96 well flat bottom with lid) | Costar | 3599 | |
Tissue culture plates (96 well V-bottom without lid) | Costar | 3896 | |
Centrifuge tubes (10 mL) | SARSTEDT | 62.9924.284 | 100×16 mm |
Centrifuge tubes (50 mL) | CellStar | 227261 | 30×115 mm |
Microcentrifuge tubes (1.5 mL) | Corning Axygen | MCT-150-C | |
Serological Pipette (25 mL), sterile | Corning | CLS4489-200EA | |
Serological Pipette (10 mL), sterile | Corning | CLS4488-200EA | |
Serological Pipette (5 mL), sterile | Corning | CLS4487-200EA | |
Reagent reservoirs (50 mL), sterile | Corning | CLS4470-200EA | |
5 mL Round-Bottom polystyrene test tube, with cell-strainer cap | Corning | 352235 | 12 x 75 mm style, 70 mm |
Nylon Mesh | SEFAR | 03-100/32 | 100 mm |
Titertube Micro test tubes, bulk | BIO-RAD | 2239391 | microfacs tubes |
5 mL Round-Bottom polystyrene test tube, without cap | Corning | 352008 | 12×75 mm style |
Snap Caps for 12×75 mm Test Tubes | Corning | 352032 | |
Counting chamber, Neubauer improved double net ruling, bright-line (Haemocytometer, LO-Laboroptik) | ProSciTech | SVZ4NIOU | 3×3 large squares of 1 mm<sup>2</sup>; Depth 0.100 mm; volume 0.1 mL; area minimum 0.0025 mm<sup>2</sup> |
Coverslips (Menzel-Gläser) | Grale Scientific | HCS2026 | 20 x 26 mm |
Microscope | Nikon TMS | 310528 | |
Centrifuge 5810R refrigerated | Eppendorf | 5811000487 | with rotor A-4-81 including adapters for 15/50 mL conical tubes |
FLUOstar Omega microplate reader | BMG Labtech | N/A | Plate reader for cell proliferation assay. Filter 490 nm. |
<strong>Name</strong> | <strong>Company</strong> | <strong>Catalog Number</strong> | <strong>Comments</strong> |
<strong>Softwares</strong> | |||
FACS Diva | BD Biosciences | <em>Flow cytometer data acquisition and analysis program, version 8.0.1</em> | |
FlowJo | FlowJo | FlowJo 10.4.2 | <em>Flow cytometer data analysis program, FlowJo Engine v3.05481</em> |
Omega | BMG Labtech | <em>FLUOstar multi-user reader control, version 5.11</em> | |
Omega – Data Analysis | BMG Labtech | MARS | <em>FLUOstar data analysis, version 3.20R2</em> |
Microsoft Excel | Microsoft | Excel:mac 2011 | <em>version 14.0.0</em> |
Prism | GraphPad | Prism 7 | <em>version 7.0c</em> |