このプロトコルでは、生産、精製、およびレンチウイルスベクターの滴定について説明します。我々は初代培養神経細胞やアストロサイトにおけるレンチウイルスベクターによる遺伝子送達の例を示します。私たちの方法は、他の細胞型にも適用される場合があります in vitroでと。
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このプロトコルでは、生産、精製、およびレンチウイルスベクターの滴定について説明します。我々は初代培養神経細胞やアストロサイトにおけるレンチウイルスベクターによる遺伝子送達の例を示します。私たちの方法は、他の細胞型にも適用される場合があります in vitroでと。
中枢神経系(CNS)における効率的な遺伝子導入は、遺伝子機能の解析、神経疾患のモデル化、および治療法の開発において重要です。レンチウイルスベクターは、分裂細胞と非分裂細胞の両方に感染し、導入遺伝子の持続的な発現をサポートし、パッケージング容量が比較的大きく毒性が低いため、CNSにおけるニューロンやその他の細胞種の形質導入に有用なツールとなります1-3。レンチウイルスベクターは、in vitro 4-6および動物個体7-10において、多くの神経細胞種への形質導入に成功しています。
遺伝子導入のためのバイオセーフティと効率が改善されたレンチウイルスベクターの開発に多大な努力が払われてきました。現在の第3世代の複製欠損および自己不活化(SIN)レンチウイルスベクターをFigure 1に示します。ベクターパッケージングに必要な要素は4つのプラスミドに分割されています。レンチウイルス転移プラスミドでは、5' LTR(長い末端反復配列)のU3領域が、別のウイルス由来の強力なプロモーターに置換されています。この改変により、通常HIV遺伝子発現に必要なHIV-1 Tatタンパク質に依存せずにベクター配列の転写が可能になります11。パッケージングシグナル(Ψ)はカプシドへの封入に不可欠であり、Rev応答配列(RRE)は高タイターのベクターを産生するために必要です。central polypurine tract(cPPT)はベクターDNAの核内移行に重要であり、これは非分裂細胞を形質導入するために必要な機能です12。3' LTRでは、U3領域からシス調節配列が完全に除去されています。この欠損は逆転写後に5' LTRにコピーされ、その結果、両方のLTRが転写的に不活化されます。プラスミドpMDLg/pRREは、構造タンパク質と逆転写酵素を供給するHIV-1 gag/pol遺伝子を含んでいます。pRSV-Revは、核からの効率的なRNA輸送のためにRREに結合するRevをコードしています。pCMV-Gは、HIV-1 Envに代わる水疱性口炎ウイルス糖タンパク質(VSV-G)をコードしています。VSV-Gはベクターの向性を拡大させ、超遠心分離による濃縮を可能にします13。Vif、Vpr、Vpu、Nefを含むアクセサリータンパク質をコードするすべての遺伝子は、このパッケージングシステムから除外されています。レンチウイルスベクターの作製および操作は、組換えDNAを用いる研究に関するNIHガイドライン(http://oba.od.nih.gov/oba/rac/Guidelines/NIH_Guidelines.pdf)に従って行う必要があります。レンチウイルスベクターを使用する前に、各機関の生物化学安全委員会の承認が必要な場合があります。レンチウイルスベクターは通常、293T細胞にレンチウイルス転移プラスミドと、ベクターパッケージングに必要なタンパク質をコードするヘルパープラスミドを共導入することで作製されます。多くのレンチウイルス転移プラスミドおよびヘルパープラスミドは、非営利のプラスミドリポジトリであるAddgene(http://www.addgene.org/)から入手可能です。いくつかの安定的なパッケージング細胞株が開発されていますが、これらのシステムは柔軟性に欠け、パッケージング効率が時間の経過とともに低下する傾向があります14, 15。市販のトランスフェクションキットは高い導入効率を実現できる可能性がありますが16、大規模なベクター調製においては非常に高コストになる場合があります。リン酸カルシウム沈殿法は、293T細胞に対して非常に効率的なトランスフェクションを可能にし、したがってレンチウイルスベクター作製のための信頼性が高く費用対効果の高い手法となります。
本プロトコルでは、リン酸カルシウム沈殿法に基づき、293T細胞に4種類のプラスミドを共導入することでレンチウイルスベクターを作製し、次いで20%スクロースクッションを用いた超遠心分離により精製および濃縮を行います。ベクタータイターは、蛍光活性化細胞分取(FACS)解析またはリアルタイムqPCRによって決定します。本プロトコルによるレンチウイルスベクターの作製とタイター測定は9日間で完了します。また、ニューロンとアストロサイトの両方を含むマウス新皮質培養細胞へのこれらのベクターの導入例を示します。レンチウイルスベクターが、中枢神経系(CNS)由来の初代培養細胞において、高い導入効率と細胞型特異的な遺伝子発現を可能にすることを実証します。
1。レンチウイルスベクターのパッケージング
レンチウイルスベクターは、レンチウイルストランスファーベクターとリン酸カルシウムトランスフェクション法により293T細胞にパッケージングするために必要な他のプラスミドのトランスフェクションによって生成されます。我々は、このプロトコルでは10〜100 mmの組織培養皿を使用しています。これは、スケールアップまたはダウンしてアプリケーションに応じてすることができます。 293T細胞株は、10%ウシ胎児血清(FBS)、100単位/ mlペニシリン、37°Cで100μg/ mlのストレプトマイシンを添加し、高グルコース(4500 mg / L)をしてダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)で維持され5%CO 2インキュベーター。
2。ベクターの濃度および精製
3。ベクターの滴定

1月25日μL(0.04μl)をベクトルと30%の細胞はレポーター陽性であると、例えば1×10 5細胞が形質導入された場合、力価は次のようになります。

唯一の希釈液を使用して力価を計算するために追加された陽性細胞の割合とベクトル量との間に直線関係に落ちる。最後の力価は、ベクトルの少なくとも2つの異なる量の伝達経路から得られた抗体価の平均値である必要があります。

4。大脳新皮質文化の伝達
ニューロンとグリアの両方を含む新皮質の培養物は、前述の18として二段階めっきプロシージャを使用して、マウスの大脳皮質から調製される。 14から16日間の妊娠で胎児マウスから得られたneocortexの複数形は、10%FBS、24ウェル組織培養プレートに20mMグルコースおよび2mMグルタミンを添加したMEMで以前に確立されたグリア細胞単層上に播種されています。
5。代表的な結果
このプロトコルの範囲で生産レンチウイルスベクターの力価は10 8 -10 10 IU / mlで、whichは、in vitroおよび in vivo の両方で CNSから種々の細胞型の伝達に適しています。 表1および図2は、このプロトコルによって生成されたベクターを用いた代表的な結果を示しています。我々は、形質導入 シナプシン(SYN)プロモーターまたはグリア線維性酸性タンパク質(GFAP)のプロモーターによって制御される緑色蛍光タンパク質(GFP)を発現するレンチウイルスベクターによるマウスの新皮質の文化。七日間の導入後、私たちはそれぞれ、抗NeuNおよび抗GFAP抗体を用いて神経細胞やアストロサイトを標識するために免疫染色を行っ。 表1及び図に示すように。図2Aは 、ニューロンの90%(NeuN +細胞)を介して、シナプシンプロモーターを有するベクターで形質導入した後にGFPを発現していないアストロサイト(GFAP +細胞)は、このレポーター遺伝子を発現する。 GFAPプロモーターは、ベクターコンストラクト( 図2B)、アストロサイトの約80%(GFAP +細胞)発現に使用される場合のGFP、GFAPとNeuNで標識した細胞でのGFPの発現の有無と局在によって確認としてすべてのGFP +細胞はアストロサイトがあります。これらの結果は、レンチウイルスベクターは、中枢神経系および細胞特異的遺伝子発現から細胞に導入遺伝子を提供する非常に効率的であることを示す適切なプロモーターが使用されているときに達成することができます。

図1。 HIVベースのレンチウイルスベクターとパッケージングプラスミドの概略図。HIV-1プロウイルスは上部に表示されます。ベクトル生産のための要素は4つの異なるプラスミドに分けられています。プラスミドレンチ転送は、U3領域はパッケージングシグナル(ψ)、RRE配列を、中央polypurine路(cPPT)、目的の遺伝子(例えば、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーターに置換されているハイブリッドの5 'LTRを含む蛍光選択肢のプロモーターと一緒にレポーター)、および3 'LTRのシス調節配列は完全にU3領域から削除されます。 pMDLg / pRREは、CMVプロモーターの制御下でHIV-1からgagおよびpol遺伝子とRRE配列を含んでいる。 PRSV-RevはRSVプロモーターにより駆動されるリビジョンのコーディング配列を含んでいます。のpCMV-Gは、CMVプロモーターの制御下でVSV-G蛋白質遺伝子を含んでいます。 PAは、ヒトβ-グロビン遺伝子からのポリアデニル化シグナルを示しています。

図2。マウス新皮質の混合培養におけるレポーター遺伝子の発現は、細胞型特異的プロモーターを担持するレンチウイルスベクターで導入した。培養はLV-SYN-GFP(A)または(B)MOI 5でLV-GFAP-GFPベクターを形質導入した。七日間の導入後、細胞は、抗NeuN又は抗GFAP抗体で免疫染色した。上部のパネルには、GFPの蛍光を示し、中央のパネルには、免疫染色を示し、下側のパネルは、(GFP:緑色、NeuN又はGFAP:赤)の画像をマージされます。
| ベクトル | 神経細胞におけるGFP +細胞 | GFP +アストロサイトにおける |
| LV-SYN-GFP | 92.2±7.3 | 0 |
| LV-GFAP-GFP | 0 | 78.3±11.5 |
表1。マウスの新皮質の培養物中のGFP発現の比較は、異なるプロモーター運ぶレンチウイルスベクターで導入した。
マウス新皮質の培養物は、(5×10 5 /ウェルで24ウェルプレート)MOI 5でLV-SYN-GFPまたはLV-GFAP-GFPで形質導入した。導入7日後には、文化は固定されており、NeuN又はGFAPのために免疫染色した。 GFPとNeuN / GFAPを発現する細胞の数は、実験条件ごとに10分野からの画像で計数した。値は、ニューロンの割合(NeuN +細胞)を表すか、また、GFPレポーター遺伝子を発現するアストロサイト(GFAP +細胞)。示された値は、平均±SD、3つの独立した実験からである。
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このプロトコルでは、新皮質の培養物中のこれらのベクトルのレンチウイルスベクターと、アプリケーションの生産を示している。我々は、これらの方法で製造されたベクターを用いた効率的な細胞型固有の伝達を示した。シナプシンプロモーターが使用されている場合、GFPの発現は厳密には特定のニューロンである。 GFAPプロモーターが使用されている場合、GFPの発現はアストロサイトで排他的です。ない細胞タイプ特異的発現が必要とされていない場合は、ユビキタスプロモーターを使用することができます。我々はubiqutinとホスホグリセリン酸キナーゼ(PGK)プロモーターの両方が新皮質の文化6で高レベルの遺伝子発現を駆動することができました。レンチウイルスベクターによって駆動される遺伝子発現は、プロモーターの選択(例えば、タイプ固有のユビキタスまたはセル)または特定の組織またはアプリケーションをターゲットとする別のエンベロープ蛋白質またはベクトル疑似を用いて発現や細胞の種類の特定のレベルに合わせてカスタマイズすることができます。例えば、狂犬病G蛋白質またはVSV-Gの融合でシュードD狂犬病蛋白質は、逆行性軸索輸送19,20を
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利害の衝突が宣言されません。
この作品は、ワシントン大学、プログラム、プロジェクトグラントNS032636(BJS)にNIH神経青写真コアグラント(P30 NS057105、BJS)によってサポートされており、神経疾患のためのホープセンターでされました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | |
| DMEM | Sigma-Aldrich社 | D5796 | |
| MEM | インビトロジェン | 11090-081 | |
| ウシ胎仔血清 | ハイクローン | SV3001403 | |
| PBS | メディアテック | 21から040-CM | |
| トリプシン-EDTA | Sigma-Aldrich社 | T3924 | |
| 酪酸ナトリウム | Sigma-Aldrich社 | B5887 | |
| Hexadimethrineブロマイド(ポリブレン) | Sigma-Aldrich社 | H9268 | |
| 293T細胞 | ATCC | CRL-11268 | |
| HT1080細胞 | ATCC | CCL-121 | |
| ファルコン100×20ミリメートル組織cultureの皿 | BDバイオサイエンス | 353003 | |
| 1×3½polyallomoerの遠心チューブに | Beckman-Coulter社 | 326823 | |
| 0.2ミクロンのシリンジフィルタ | コーニング | 431219 | |
| 別途準備DNA Miniキット | キアゲン | 51304 |
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