RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
ב-15 השנים האחרונות, וקטורים שמקורם באדנווירוס כלבים מסוג 2 (CAV2) הוכיחו את יעילותם בהתמרת תאים במבחנה וב-vivo ונמצאים בשימוש נרחב לחיסון וריפוי גנטי. כאן, אנו מתארים הליך לבנייה, ייצור וטיהור של וקטורי CAV2, מה שמוליד תרחיפים נגיפיים בעלי טיטר גבוה.
וקטורים שמקורם באדנו-וירוס (Ad) היו בשימוש נרחב להעברת גנים לטווח קצר או ארוך, הן לטיפול גנטי והן ליישומי חיסונים. בגלל החסינות התכופה הקיימת מראש נגד אדנו-וירוס אנושי מסוג 5 בשימוש קלאסי, אדנו-וירוס כלבים מסוג 2 (CAV2) הוצע כווקטור חלופי להעברת גנים אנושיים. הביולוגיה המאופיינת היטב של CAV2, יחד עם קלות המניפולציה הגנטית שלו, מציעים יתרונות גדולים, במיוחד להעברת גנים למערכת העצבים המרכזית, או לגרימת מגוון רחב של תגובות חיסוניות מגנות, מהומורל ועד חסינות תאית. כיום, CAV2 מייצג את אחד האדנו-וירוסים הלא אנושיים המושכים ביותר לשימוש כווקטור חיסון. פרוטוקול זה מתאר שיטה פשוטה לבנייה, ייצור וטיטרציה של וקטורי CAV2 רקומביננטיים. לאחר שיבוט קלטת הביטוי של הגן המעניין לפלסמיד מעבורת, הפלסמיד הגנומי הרקומביננטי מתקבל על ידי רקומבינציה הומולוגית בזן החיידקים E. coli BJ5183. לאחר מכן, הפלסמיד הגנומי שנוצר מועבר לתאי כליה כלביים המבטאים את הגנים המשלימים CAV2-E1 (DK-E1). הגברה ויראלית מאפשרת ייצור של מלאי ויראלי גדול, אשר מטוהר על ידי אולטרה-צנטריפוגה באמצעות שיפועי צזיום כלוריד ומותפל על ידי דיאליזה. לתרחיף הנגיפי המתקבל יש באופן שגרתי טיטר של מעל 1010 חלקיקים זיהומיים למ"ל וניתן לתת אותו ישירות in vivo.
במהלך העשורים האחרונים, וקטורים שמקורם באדנו-וירוסים (Ads) הוכיחו את יעילותם לטיפול גנטי וחיסון, כמו גם בווירותרפיה אונקוליטית 1. Ads הם וירוסים איקוסהדרליים לא עטופים ממשפחת Adenoviridae, שבודדו מיונקים, ציפורים, זוחלים, דו-חיים ודגים. מאז גילוין ב-1953, מודעות נחקרו באופן אינטנסיבי כמודלים לחקר אינטראקציות בין וירוסים לתאים, ולאחרונה, כמערכות העברת גנים מבוססות וקטור 2. ואכן, וקטורים מבוססי מודעות מציעים יתרונות רבים, כגון טווח המארחים הרחב והביולוגיה המאופיינת היטב שלהם, יחד עם הקלות שבה ניתן לתמרן ולהגביר אותם גנטית לייצור בקנה מידה גדול.
על מנת להתגבר על קשיים קליניים הקשורים לחסינות קיימת באוכלוסיות אנושיות כלפי וקטורים שמקורם ב-Ads 3 אנושיים, התחלנו ואחרים להפיק וקטורים מ-Ads 4 לא אנושיים. בנוסף, נראה כי וקטורים אדנו-ויראליים לא אנושיים מותאמים יותר לחיסון המוני ברפואה וטרינרית מאשר אדנו-וירוס מסוג 5 (Ad5) בשימוש קלאסי, מכיוון שהם צריכים להיות תואמים יותר לדרישות הבטיחות והאבטחה במהלך הערכת הסיכונים על ידי הרשויות הרגולטוריות הלאומיות. בסוף שנות ה-90 תיארנו את ה-CAV2 הרקומביננטי הראשון כחלופה לא אנושית לווקטורים שמקורם ב-Ad5 5. מאז, מחקרים רבים אישרו את הפוטנציאל של וקטורים של CAV2 להעברת גנים טיפולית או אנטיגנית (לסקירות 6,7). כמו מודעות אחרות, וקטורים שמקורם ב-CAV2 הם יציבים וניתן לייצר אותם בטיטרים גבוהים, מה שמקל על השימוש בהם in vivo. הם גם בטוחים, מכיוון שהם אינם אינטגרטיביים, אם כי הם מאפשרים ביטוי טרנסגנים לאורך זמן in vivo (>שנה אחת) 8. באופן מדהים, וטוב יותר מסרוטיפים אנושיים של ADS, וקטורי CAV2 הוכחו כנוירוטרופיים מאוד, עם הובלה לאחור יעילה מאוד באקסונים 9,10. תכונה מהותית זו הביאה את הרעיון של שימוש בווקטורי CAV2 רקומביננטיים כדי להמיר נוירונים של אזורים ספציפיים במוח שבקושי נגישים לווקטורים לנטי-ויראליים, ששימשו עד כה בדרך כלל להעברת גנים למערכת העצבים המרכזית 11.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול פשוט וקלאסי לבנייה, ייצור וטיהור וקטורי CAV2 לא משוכפלים שמקורם בזן מנהטן. גנומים רקומביננטיים של CAV2 נבנים על ידי שיבוט הגן הרצוי המעניין (GOI) בקלטת במורד הזרם של המקדם המוקדם של הציטומגלווירוס (CMV), המספק ביטוי בכל מקום. לווקטורים של CAV2 יש יכולת שיבוט של ~4.2 kbp, המאפשרת ביטוי cDNA גדול. בשלב שני, קלטת ביטוי זו מוכנסת על ידי רקומבינציה הומולוגית במקום אזור E1 של גנום CAV2, מה שמוביל לנגיף לא משוכפל (dlE1), כפי שתואר בתחילה על ידי Chartier et al. 12 לבסוף, חלקיקים נגיפיים מיוצרים עם טרנספקציה של הפלסמיד הגנומי לקו תאי כליה כלביים המבטא CAV2-E1 (DK-E1) ומוגברים באופן סדרתי לפני ריכוז וטיהור מלאי הנגיף. השיטה המתוארת כאן משתמשת באולטרה-צנטריפוגה דו-שלבית בשיפועי צזיום כלוריד (CsCl), המאפשרת העשרה של חלקיקים זיהומיים עם טיטר סופי גבוה (בדרך כלל מעל 1010 חלקיקים זיהומיים למ"ל). לאחר מכן, התרחיף הנגיפי מותפל על ידי כרומטוגרפיה דרך עמודות חד פעמיות של Sephadex G-25 כך שבסופו של דבר הוא טהור מספיק לשימוש ישיר in vivo.
1. בניית פלסמיד גנום CAV2 שאינו משכפל
הערה: כל הפלסמידים המתוארים בפרוטוקול זה תוארו בעבר7 וזמינים לפי בקשה.
2. טרנספקציה של פלסמיד גנום CAV2 רקומביננטי לתאי DK-E1
הערה: וקטורים לא משכפלים שמקורם ב-CAV2 הם אורגניזמים מהונדסים גנטית המסווגים כרמת בטיחות ביולוגית 2 (BSL-2), בעוד שהשימוש בהם במודלים של בעלי חיים מסווג כ-BSL-1. אנא השתמש באמצעי בלימה וטיפול נאותים בפסולת, כולל ציוד מגן אישי, ועבוד מתחת למנדפי זרימה למינאריים BSL-2.
3. התפשטות של CAV2 רקומביננטי
4. טיהור CAV2 בקנה מידה גדול
5. טיטרציה של CAV2 על ידי דילול נקודת קצה
ייצור וקטורי CAV2 רקומביננטיים מסתמך על טכניקות ביולוגיה מולקולרית בסיסיות אך חשובות. לפני ייצור וקטורים ויראליים, אכן יש צורך לבנות גנום CAV2 רקומביננטי הנושא קלטת ביטוי עבור הטרנסגן. בנייה זו כוללת שני שלבים: ראשית, הגן המעניין (GOI) משובט בפלסמיד מעבורת כקלטת ביטוי (כלומר עם אות מקדם ופוליאדנילציה). אלמנט פונקציונלי זה מוקף בשני רצפים גנומיים שמקורם ב-CAV2, המייצגים את אזורי הרקומבינציה במעלה הזרם ובמורד הזרם (איור 1A). בשלב שני, קלטת הביטוי מוחדרת מפלסמיד המעבורת לגנום CAV2, באמצעות רקומבינציה הומולוגית (איור 1B). הליניאריזציה של שני רכיבי הדנ"א תבטיח הצלחה טובה יותר של שלב זה (ראו אתרים לעיכול AscI ו-PacI ב-pShuttle ו-SwaI ב-pCAV2 באיור 1). הכנסת קלטת הביטוי של GOI תוביל למחיקת E1 בגנום הרקומביננטי.
לאחר השגת הפלסמיד הגנומי הרקומביננטי, חלקיקים נגיפיים מיוצרים באמצעות תאי DK-E1 המשלימים CAV2-E1. אפקט ציטופתי ברור, הנובע מהכמות הגדולה של חלקיקים נגיפיים המיוצרים בתאים נגועים, ניתן להמחשה בקלות על ידי מיקרוסקופ שדה בהיר (איור 2A), או על ידי ביטוי טרנסגנים (דוגמה לווקטור CAV2 המבטא GFP, איור 2B). לאחר מספר סבבי הגברה ויראלית באמצעות תאי DK-E1 טריים, חלקיקים נגיפיים מטוהרים על ידי אולטרה-צנטריפוגה על שיפועי צזיום כלוריד. חלקיקים נגיפיים מרוכזים מופיעים כשתי רצועות זוהרות בתוך שיפוע הצזיום (איור 2C). הרצועה העליונה (הקלה יותר) מכילה חלקיקים ריקים ולא זיהומיים ויש להימנע מהם.
ניתן להשתמש בווקטור ה-CAV2 הרקומביננטי שנוצר כדי להמיר כמעט את כל סוגי התאים, במגוון רחב של מינים, במבחנה או in vivo. כאן אנו מראים דוגמה אחת ליישום: התמרה של מערכת העצבים המרכזית של העכבר באמצעות הזרקה סטריאוטקטית. מכיוון שפרוטוקול זה מניב מלאי ויראלי טהור וטיטר גבוה, הזרקה של 1 מיקרוליטר של וקטור CAV2 המבטא GFP מדולל PBS (5 x 105 TCID50) בפיתול המשונן, (DG, איור 3, למעלה) מובילה להתמרה עצבית של 40-50%. יתר על כן, בשל היכולת של CAV2 להיות מועבר רטרוגרדית באקסונים, הזרקה של 2 מיקרוליטר של וקטור CAV2 המבטא GFP מדולל PBS (2 x 106 TCID50) בסטריאטום העכבר מאפשרת התמרה של כמעט 80% מהנוירונים הניגרוסטריאטליים ב-Substancia Nigra pars compacta (SNpc, איור 3, למטה).

איור 1. ייצוג סכמטי של יצירת גנום CAV2 לא משוכפל באמצעות רקומבינציה הומולוגית. (A) ייצוג סכמטי של הפלסמיד pShuttle הנושא רצפי יעד רקומבינציה (RS) במעלה הזרם ובמורד הזרם המשותפים גם לווקטור הגנום CAV2 (באפור). התוכנית מציינת גם את המיקום של אתרי הגבלת AscI ו-PacI, מקדם ה-CMV, אות ה-polyA, כמו גם של אתר השיבוט המרובה (MCS) כדי להכניס את הגן המעניין (GOI). (B) ייצוג סכמטי של הרקומבינציה ההומולוגית בין הרצף הגנומי CAV2 לרצף הרקומבינציה AscI/PacI של הפלסמיד pShuttle-GOI. אתר ההגבלה של SwaI (ליניאריזציה של הגנום) ותכונות של קצה 5' של גנום CAV2 כלומר החזרה הטרמינלית הפנימית (ITR), אות האנקפסידציה (φ), גנים המקודדים את חלבוני E1A, E1B ו-IX המוקדמים מיוצגים גם הם. הרקומבינציה ההומולוגית מובילה להחלפת E1A וחלק מהגנים E1B בקלטת הביטוי של GOI. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 2. תוצאות מייצגות של שלבי ייצור CAV2. (א-ב) תאי DK-E1 נצפו באמצעות שדה בהיר (A) או פלואורסצנטי (B), במקרה של וקטור CAV2 המבטא GFP, מיקרוסקופיה (100X). במהלך שלבי ההגברה הראשונים או לטיטרציה של הנגיף, נצפים מוקדים בודדים של השפעה ציטופתית. (C) רצועות המכילות CAV2 נראות בבירור בסוף הצנטריפוגה הלא רציפה של שיפוע CsCl, כאשר הרצועה העליונה מתאימה לחלקיקים ריקים והפס התחתון ל-CAV2 רקומביננטי בוגר. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 3. תוצאות מייצגות של העברת גנים במערכת העצבים המרכזית באמצעות CAV2. GFP המבטא CAV2 הוזרק על ידי סטריאוטקסיה באזורים שונים של מערכת העצבים המרכזית. התמונה העליונה מציגה תוצאות מייצגות של התמרה של נוירונים בהיפוקמפוס של עכבר, לאחר הזרקה סטריאוטקטית של 1 x 106 TCID50 בפיתול המשוננים (GD) ו-5 x 105 TCID50 באזורי Cornus Ammonis 1 (CA1). עבור התמונות התחתונות, 2 x 106 TCID50 הוזרקו באופן סטריאוטקסי בסטריאטום של עכברים וצביעת GFP נבדקה בסטריאטום (STR, למטה משמאל) או ב-Substantia Nigra pars compacta (SNpc, למטה מימין), כדי להדגים את היכולת של וקטורי CAV2 להיות מועברים רטרוגרדית מאזור CNS אחד למשנהו. ביטוי GFP נבדק שבועיים לאחר החיסון הווקטורי. חשוב לציין, כמעט ולא זוהתה תגובה חיסונית בשלב זה, כפי שנבדק על ידי צביעת IBA-1 עבור מיקרוגליה מופעלת (לא מוצג). הפסים הלבנים מתאימים ל-100 מיקרומטר. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
לסופרים אין מה לחשוף.
ב-15 השנים האחרונות, וקטורים שמקורם באדנווירוס כלבים מסוג 2 (CAV2) הוכיחו את יעילותם בהתמרת תאים במבחנה וב-vivo ונמצאים בשימוש נרחב לחיסון וריפוי גנטי. כאן, אנו מתארים הליך לבנייה, ייצור וטיהור של וקטורי CAV2, מה שמוליד תרחיפים נגיפיים בעלי טיטר גבוה.
עבודה זו נתמכה כספית על ידי מענקים מ-INSERM, CNRS, הקרן למחקר רפואי והסוכנות הלאומית למחקר (ANR-10-Blanc-1322) ל-D.G-D; תוכנית המסגרת השביעית של הנציבות האירופית ל-B.K.; M.S. נתמך על ידי מלגת פוסט-דוקטורט מ-FRM (תוכנית "Equipe FRM 2009"); C.B. נתמך על ידי מלגת פוסט-דוקטורט מ-UE, תחת הסכם מענק מספר 245266 (Orbivac).
| אנזימי הגבלה | ניו אינגלנד Biolabs | ערכת טרנספקציה שונים | |
| של Jet Prime Polyplus | 114-01 | ||
| DMEM | Gibco (Life Technologies) | 10567014 | |
| E. coli חיידקי BJ5183 Agilent | 200154 | ||
| PD-10 עמודת התפלה | GE Healthcare | 17-0851-01 | |
| EmeraldAmp פולימראז | Takara | RR320A | |
| Nucleospin | Macherey-Nagel | 740558.250 | |
| NucleoSpin Gel וניקוי PCR | Macherey-Nagel | 740609.50 | |
| שפופרות 14 מ"ל, Ultra Clear | Beckman | 344060 |