1. Production, récolte et congélation du lentivirus
- Consultez votre responsable de la sécurité institutionnelle avant de commencer ce protocole et suivez ses recommandations en matière de consignes de sécurité.
- Jour 1. Commencez avec des cellules 293T saines et en croissance rapide pour produire le virus. Ensemencez les cellules à raison de 5 x 106
cellules par plaque de 10 cm. Utilisez un milieu 293T sans antibiotique (DMEM à haute teneur en glucose contenant 10 % de FBS et 4 mM de L-glutamine) pour la production du virus.
- Jour 2. En fin d'après-midi, transfectez les cellules 293T comme suit (les quantités indiquées correspondent à une plaque de 10 cm).
Laissez tous les réactifs atteindre la température ambiante. Prélevez 375 μl d'OptiMEM dans un tube de microcentrifugeuse, puis ajoutez 25 μl
de Fugene HD. Veillez à ce que le Fugene non dilué n'entre pas en contact avec la paroi du tube.
- Dans un tube de microcentrifugeuse, mélangez :
- 5 μg de plasmide de transfert (Slc7a1, vecteur cible ou vecteur contrôle fluorescent)
- 3,75 μg de plasmide d’emballage (pCMV-dR8.91 ou psPax2)
- 1,25 μg de plasmide d’enveloppe (pMD2.G pour pantropique, pHCMV-EcoEnv pour écotropique)
- OptiMEM sans sérum jusqu’à un volume final de 100 μl
- Combinez les contenus des deux tubes et incubez le mélange 20 à 30 minutes à température ambiante.
- Remplacez le milieu des cellules 293T par 10 ml de milieu 293T frais sans antibiotique. Ajoutez goutte à goutte le mélange Fugene/plasmide sur la plaque et incubez toute la nuit à 37°C, 5 % CO2.
- Jour 3. Remplacez le milieu des cellules 293T par 10 ml de milieu 293T frais sans antibiotique. Soyez délicat,
car les cellules 293T adhèrent faiblement et peuvent se détacher si le milieu est pipetté trop brutalement sur la
couche monocellulaire. Incubez pendant deux jours dans un incubateur humidifié pour la production du virus.
- Jour 5. Récupérez le virus et filtrez-le à l’aide d’un filtre à faible liaison aux protéines de 0,45 mm. Utilisez immédiatement ou répartissez en aliquots à usage unique et congélez à -80°C. Le virus pantropique et écotropique congelé doit être réétalonné après un stockage de six mois et un mois respectivement.
- Étalez la concentration du virus comme suit, en utilisant des cellules relativement sensibles à la transduction. Transduisez les cellules avec le virus contrôle fluorescent pendant une nuit en utilisant des dilutions sériées (par exemple 1:10, 1:100, 1:1000) dans du milieu frais contenant 6 μg/ml de PB. Remplacez par du milieu frais le lendemain. Laissez aux cellules deux jours après la transduction pour commencer à exprimer la protéine fluorescente, puis déterminez la fraction de cellules transduites par cytométrie en flux (FACS). Calculez la concentration en unités transformantes (TU) par ml, en vous basant sur les dilutions produisant < 15 % de transduction afin de minimiser les événements de transduction multiples.
2. Transduction de cellules cibles humaines avec le récepteur de rétrovirus murin Slc7a1
- Choisir une multiplicité d'infection (MOI) = 2 afin de garantir que la majorité des cellules seront transduites. Pour les cellules cibles résistantes à la transduction, comme les HDF, un MOI plus élevé sera nécessaire ; nous diluons le surnageant viral uniquement à 1:2 afin d'obtenir la transduction de la majorité des cellules.
- Transduire les cellules cibles pendant la nuit avec le surnageant viral dilué dans un milieu de culture frais contenant 6 μg/ml de PB, ce qui augmente la transduction en renforçant l'interaction électrostatique entre le virus et la cellule cible.1 Idéalement, on devrait utiliser un volume minimal de virus, par exemple 1 ml pour une plaque de 35 mm, car la diffusion constitue un facteur limitant pour l'efficacité de la transduction.
- Cultiver les cellules pendant au moins 48 heures après retrait du virus avant de les transduire avec un virus écotrope, afin de s'assurer d'une expression suffisante du récepteur Slc7a1.
- (Facultatif) Il est possible d'utiliser la blasticidine pour sélectionner les cellules transduites de façon stable exprimant Slc7a1, si souhaité. Une courbe de sélection à la blasticidine doit être établie préalablement afin de déterminer la concentration minimale efficace, généralement comprise entre 2 et 10 μg/ml, qui élimine toutes les cellules cibles non transduites en 7 jours. Environ 2 jours après le retrait du virus Slc7a1, transférer les cellules transduites dans un milieu contenant de la blasticidine. Cultiver les cellules dans un milieu contenant de la blasticidine pendant 7 jours ; à ce stade, toutes les cellules restantes exprimeront de façon stable le récepteur du rétrovirus et pourront alors être transduites avec un virus écotrope, tout en étant conservées pour une utilisation future sous forme d'une lignée stable exprimant Slc7a1.
3. Titration du complexe polymère pour déterminer la toxicité
- Jour 1. Ensemencer les cellules à raison de 5000 cellules/puits dans une plaque de 96 puits, en prévoyant au moins trois puits par groupe expérimental. Inclure des cellules non transduites en milieu complet afin d'obtenir une valeur de référence pour des cellules saines, ainsi que des échantillons composés de cellules en milieu sans sérum pour induire un arrêt de croissance servant de contrôle. Parallèlement, ensemencer les cellules dans un format approprié (par exemple une plaque de 24 puits) pour une analyse microscopique ou par cytométrie en flux (FACS) de l'efficacité de transduction dans chaque condition expérimentale.
- Jour 2. Transduire les cellules dans les plaques préparées pour les analyses MTT et FACS avec un virus codant pour la GFP, à une dose d'infection (MOI) de 0,5 afin de transduire environ 40 % des cellules cibles. Tester différentes concentrations de CS/PB (par exemple 50, 100, 200, 400, 600 et 800 mg/ml de chaque composant), ainsi que 6 μg/ml de PB, afin de déterminer les quantités optimales. Préparer les complexes polymériques comme décrit dans la partie 4 ci-dessous.
- Jour 3. Retirer le milieu contenant le virus et le remplacer par du milieu frais. Remettre les plaques dans un incubateur humidifié.
- Jour 5. Analyser la plaque FACS afin de déterminer l'efficacité de transduction pour chaque concentration de polymère.
- Jour 6. Retirer le milieu de tous les puits de la plaque MTT et les remplacer par 100 μl de solution de MTT (1 mg/ml de MTT en milieu complet). Incuber pendant trois heures dans un incubateur humidifié afin de permettre la réduction du MTT dans les mitochondries des cellules métaboliquement actives.
- Retirer la solution de MTT et la remplacer par 200 ml de solvant de MTT (0,1 N HCl, 0,1 % Igepal CA-630 dans l'isopropanol).
- Incuber pendant deux heures à température ambiante ou jusqu'à dissolution complète du précipité violet de formazan MTT. Lire l'absorbance sur un lecteur de microplaques à 570 nm, en soustrayant la valeur du fond mesurée à 690 nm.
- Sélectionner la concentration optimale de polymère produisant un renforcement maximal de la transduction, tel que déterminé par la FACS, avec un effet minimal sur l'activité métabolique, tel que déterminé par le test MTT. Pour les HDF, nous avons sélectionné une concentration de 100 μg/ml de CS/PB, sur la base des données présentées dans les résultats représentatifs ci-dessous.
4. Transduction écotrope avec complexation par polymère
- Préparez des solutions mères stériles filtrées de PB et de sulfate de chondroïtine à 20 mg/ml dans de l’eau. Aliquoter et conserver à -20°C.
- Prélèvez le surnageant viral dans un tube de microcentrifugeuse et diluez-le jusqu’à la concentration finale souhaitée (par exemple, une MOI de 2) avec du milieu de culture frais. Ajoutez successivement des volumes égaux de PB et de sulfate de chondroïtine (concentrations déterminées à l’étape 3 ci-dessus), en agitant légèrement le tube après chaque ajout pour homogénéiser. Le mélange viral devient immédiatement trouble avec la formation de précipités. Incubez le mélange viral à température ambiante pendant 5 minutes pour permettre la formation des complexes.
- Retirez le milieu des cellules cibles exprimant le récepteur, remplacez-le par le mélange viral et incubez toute la nuit à 37°C, 5 % CO2. Après avoir retiré le mélange viral, lavez la surface des cellules deux fois avec du PBS afin d’éliminer les complexes viraux. Une élimination complète n’est pas nécessaire ; nous n’avons observé aucun effet néfaste sur la santé cellulaire lié à la présence de complexes polymériques résiduels.
5. Vérification de la spécificité de la transduction écotrope
- Lorsque vous produisez pour la première fois un virus écotropic, il est prudent, pour des raisons de sécurité, de vérifier que le virus est incapable de transduire des cellules humaines non modifiées. Transduisez des cellules humaines avec un lentivirus écotropic à une concentration relativement élevée (seulement une dilution 1 à 2 fois du surnageant viral dans un milieu frais) pendant une nuit avec 6 μg/ml de PB ou une concentration optimisée de CS/PB.
- Éliminez le milieu contenant le virus et remplacez-le par du milieu frais. Après avoir incubé les cellules pendant 2 jours, validez l'expression du transgène par cytométrie en flux (FACS) en utilisant des vecteurs fluorescents et/ou par RT-PCR avec des amorces spécifiques du transgène.
6. Résultats représentatifs :
La figure 1A illustre le processus de production du lentivirus, et la figure 1B montre la transduction de cellules humaines avec un lentivirus écotropic, incluant une pré-transduction avec le récepteur rétroviral murin Slc7a1. Pour la titration du virus, nous utilisons une lignée cellulaire humaine de rhabdomyosarcome stably transduite avec Slc7a1 (Slc-hRMS). Lorsque nous utilisons des vecteurs témoins fluorescents pour surveiller l'efficacité de la transduction, nous atteignons couramment une efficacité de transduction > 90 % des cellules Slc-hRMS avec le virus écotropic, comme illustré aux figures 2A et 2B. Les taux de transduction des HDF sont généralement plus faibles car les cellules n'ont pas été sélectionnées au blasticidin pour l'expression du récepteur (figure 2C). Les titres du lentivirus écotropic sont généralement de 10 à 20 % de ceux du virus pseudotypé avec VSV lorsqu'ils sont mesurés sur les cellules Slc-hRMS (figure 2D).
Un cycle de congélation-décongélation réduit le titre du virus écotrope de 16 à 3 %, ce qui équivaut à la perte de titre observée lors d'un cycle unique de congélation-décongélation du virus pseudotypé avec VSV (p > 0,05). Contrairement à des rapports antérieurs,2 nous n'observons aucun effet positif sur le titre viral lié à la congélation rapide dans de la glace sèche. Au contraire, nous obtenons des titres post-décongélation plus élevés pour chaque pseudotype en plaçant simplement les tubes contenant le virus dans un congélateur à -80 °C (données non montrées).
Le test de viabilité au MTT permet une détection sensible de l'arrêt de la croissance des cellules cibles. La transduction par le virus en présence de concentrations de CS/PB allant jusqu'à 800 μg/ml n'a aucun effet sur le métabolisme des HDF (Fig. 3A). L'exposition à CS/PB en l'absence de virus n'exerce également aucun effet toxique sur les cellules (données non montrées). L'analyse par cytométrie en flux des HDF transduites avec le virus et diverses concentrations de CS/PB montre une amélioration de la transduction par rapport au PB seul (Fig. 3B). L'amélioration maximale est observée à 100 μg/ml de CS/PB (Fig. 3C), soit une concentration plusieurs fois inférieure aux valeurs rapportées précédemment.3 Il est donc essentiel d'optimiser les conditions pour chaque type cellulaire cible.
La complexation avec CS/PB augmente d'environ trois fois le titre observé dans les Slc-hRMS (Fig. 4A, p < 0,01). En pratique, cet effet est plus marqué sur l'efficacité de transduction à de faibles concentrations de virus qu'à des concentrations plus élevées (Fig. 4B), ce qui est très probablement dû à une transduction multiple des cellules et à la saturation des récepteurs à des concentrations élevées de virus.
La transduction par un virus écotrope est spécifique aux cellules exprimant le récepteur du rétrovirus murin. Lors de la transduction de cellules humaines non modifiées par un virus écotrope, nous n'avons observé aucune fluorescence supérieure au fond de non-transduction, qu'il s'agisse d'utiliser PB ou CS/PB, comme illustré à la figure 5A. Au microscope, les HDF ne montrent aucune transduction en l'absence de récepteur (fig. 5B), tandis que la pré-transduction avec le récepteur entraîne l'apparition de cellules fluorescentes (fig. 5C).

Figure 1. Vue schématique de (A) la production du virus et de (B) la transduction de cellules humaines exprimant le récepteur rétroviral murin suivi d'un lentivirus écotrope.

Figure 2. Transduction hautement efficace de cellules humaines avec un lentivirus écotrope codant pour GFP. Les cellules ont été préalablement transduites avec le récepteur rétroviral murin Slc7a1. (A) Ligne cellulaire humaine de rhabdomyosarcome sélectionnée au blasticidin pour l'expression de Slc7a1 (Slc-hRMS), transduite (bleu) ou non transduite (rose) avec GFP. (B) Micrographie fluorescente de cellules Slc-hRMS transduites avec le virus écotrope (4X). (C) Fibroblastes dermiques humains (HDF) transduits (bleu) et non transduits (rose) avec un lentivirus écotrope codant pour GFP ; les cellules ont été transduites avec Slc7a1 deux jours avant la transduction écotrope. (D) Titre du lentivirus pseudotypé avec VSV-G et du lentivirus écotrope, mesuré sur les cellules Slc-hRMS.

Figure 3. Optimisation des concentrations de sulfate de chondroïtine/polybrene (CS/PB) dans les fibroblastes dermiques humains. (A) Viabilité des fibroblastes dermiques humains mesurée par le test au MTT après transduction en présence de PB seul ou de différentes concentrations de CS/PB. (B) Amélioration de l'efficacité de transduction dans les fibroblastes dermiques humains par différentes concentrations de CS/PB, mesurée par cytométrie en flux (FACS). (C) Quantification de l'amélioration de la transduction, montrant que la transduction maximale est obtenue à 100 μg/ml de CS/PB.

Figure 4. Effet de 400 μg/ml de CS/PB sur la transduction de Slc-hRMS avec un lentivirus écotrope. (A) Augmentation de la concentration, et (B) facteur d'augmentation du taux de transduction par rapport à 6 μg/ml de polybrene seul.

Figure 5. Absence de transduction écotrope des HDF en l'absence du récepteur viral rétroviral murin Slc7a1. (A) Graphique FACS de fibroblastes humains BJ, non transduits (rose) ou transduits (bleu) avec un lentivirus GFP écotrope, dans les deux cas en absence du récepteur Slc7a1. Fibroblastes humains BJ transduits avec un lentivirus GFP écotrope, sans (B) et avec (C) pré-transduction du récepteur Slc7a1 (4X).