ここでは、アルファウイルス感染を連続的に可視化するための、堅牢で適応性の高いプロトコルを提示します。このプロトコルは、蛍光イメージングに基づき、細胞レベルでアルファウイルスの複製を調査し、抗ウイルス化合物の有効性を評価するための手法を提供します。
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方法論記事
* These authors contributed equally
ここでは、アルファウイルス感染を連続的に可視化するための、堅牢で適応性の高いプロトコルを提示します。このプロトコルは、蛍光イメージングに基づき、細胞レベルでアルファウイルスの複製を調査し、抗ウイルス化合物の有効性を評価するための手法を提供します。
蛍光顕微鏡法は、細胞レベルでのアルファウイルス感染を調査するための、非常に感度が高く汎用性のあるアプローチを提供します。蛍光標識ウイルスと定量的な画像解析を組み合わせることで、本法は複製キネティクスのわずかな差異や細胞間伝播の検出を含む、感染ダイナミクスの詳細な空間的および時間的特性評価を可能にします。本プロトコルの中心的な目的は、抗ウイルス剤スクリーニングアッセイへの応用です。蛍光強度の画像ベースの定量化は、抗ウイルス化合物の有効性を評価するための堅牢で再現性のある手段を提供し、感染細胞における抑制効果を早期かつ高感度に検出することを可能にします。これにより、有望な抗ウイルスヒット化合物の特定が促進され、用量依存的な反応の評価がサポートされます。また、複製挙動や拡散パターンの変動が容易に明確になるため、このアプローチは異なるアルファウイルス株や変異体の比較研究にも適しています。その柔軟性、複数の細胞株への適合性、および自動画像プラットフォームへの容易な統合により、本法は拡張性があり、ハイスループットスクリーニングキャンペーンに適しています。総じて、本プロトコルは抗ウイルス戦略の発見と評価を前進させるものです。いくつかのアルファウイルスは、ヒトや動物に重大な疾患を引き起こし、承認された抗ウイルス療法がなく、新興のアウトブレイクに伴い地理的に拡大し続けているため、新規抗ウイルス剤の特定は依然として急務となっています。したがって、この蛍光ベースのワークフローは、現代のアルファウイルス研究において価値あるタイムリーな貢献となります。
アルファウイルスは、Togaviridae科に属するエンベロープを有する正鎖一本鎖リボ核酸(RNA)ウイルスである1,2,3。主に蚊によって媒介され、ヒトや動物にさまざまな疾患を引き起こす。アルファウイルス属には、チクングニアウイルス(CHIKV)、シンドビスウイルス、東部馬脳炎ウイルス、ベネズエラ馬脳炎ウイルスなど、医学的に重要なウイルスがいくつか含まれている4,5。これらの病原体は、発熱性疾患や発疹から重篤な神経学的合併症まで、幅広い症状を引き起こす6。懸念すべき点として、CHIKVが主要な公衆衛生上の問題として再浮上している。2025年に入っただけでも、14カ国で220,000件以上の症例が報告され、少なくとも80人の死亡者が発生している7。致死率は低いものの、感染者の相当数が慢性的な関節痛を発症し、それが長期的な障害や可動性の低下につながる可能性がある8。標的を絞った抗ウイルス戦略を開発するためには、アルファウイルスの複製および宿主・病原体相互作用についてより包括的な理解が不可欠である。一方で、セミリキフォレストウイルス(SFV)のような一部のアルファウイルスは、より毒性の強いアルファウイルスと遺伝的・構造的に高い類似性を共有しているにもかかわらず、ヒトに対する病原性は低い。そのため、SFVはヒトの健康へのリスクを抑えつつアルファウイルスを研究するための理想的なモデルとなっている9,10,11。
プラークアッセイ、50%組織培養感染量(TCID50)測定、および定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)分析などの従来のアッセイは、ウイルス力価や遺伝子発現の定量化に有用ですが、エンドポイント測定に限定されており、細胞の溶解または固定が必要です。その結果、同一細胞内における感染のダイナミクスを時間経過とともに直接的に捉えることはできません12,13。これらの制限に対処するため、リアルタイム蛍光イメージングは、複数のタイムポイントにわたる感染キネティクスをモニタリングするための強力で非破壊的なアプローチを提供します。mCherry標識SFVなどの蛍光タグ付きウイルスを用いることで、生細胞内におけるレポーターウイルスのシグナルと拡散を直接的に可視化し、定量化することが可能になります14,15。ここで述べる実験では、アルボウイルス研究で一般的に使用される細胞株を用いました。Aedes albopictus幼虫由来のU4.4細胞は、多くのアルボウイルスの効率的な複製をサポートし、ベクターとウイルスの相互作用に関する研究を促進する蚊由来の細胞です16,17。並行して、ベビーハムスター腎臓組織由来の線維芽細胞様哺乳類細胞株であるBHK-21細胞は、ウイルスの増殖や分子ウイルス学的なアッセイに頻繁に使用される、許容性の高い脊椎動物宿主システムを提供します18。
本プロトコルでは、フリン阻害剤を例に、ウイルスレポーター発現のモニタリングおよび抗ウイルス化合物の特性評価について詳細に記述します。フリンは多くの真核生物に存在するプロタンパク質変換酵素であり、成長因子、ホルモン、マトリックスメタロプロテアーゼ、血漿タンパク質、および受容体の前駆体の活性化において重要な役割を果たしています。19,20多くのアルファウイルスは、表面タンパク質を切断・活性化するためにフーリンを利用しており、これはウイルスの複製を成功させるための極めて重要なステップである。20Furin阻害剤は、Furinの活性を阻害するように合成設計された化合物であり、これにより ウイルス複製の抑制21,22,23セルイメージング・マルチモードリーダーを用いた、アルファウイルス感染の自動蛍光顕微鏡分析に関する標準的なプロトコルは限られているため、Aedes cellsにおける抗ウイルス化合物の特性評価のための詳細なワークフローを提示する。本プロトコルでは、細胞培養、ウイルス産生、感染、抗ウイルス化合物(フリン阻害剤)による処理、蛍光イメージング、および画像解析の手順を概説する。なお、ここに記載した手法は、他のウイルスや代替の蛍光ラベルにも容易に適用可能である。
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1. バイオセーフティ
注意:本プロトコルで使用されるリコンビナントmCherryタグ付きセミリキフォレストウイルス(SFV-mCherry)は、遺伝子組換え体です24,25,26。蛍光レポーター遺伝子の導入により、これは遺伝子組換え生物に分類され、追加の封じ込め措置および規制要件の対象となります。他のアルファウイルス、特にCHIKVなどのより病原性の高いウイルスを扱う場合は、さらなる封じ込め措置および許可が必要となる場合があります。
2. 抗ウイルス化合物の調製
注:本研究で使用したFurin阻害剤のMI-113027 (trans-4-(aminomethyl) cyclohexanecarboxyl-arginine-valine-arginine-4-amidinobenzylamide)、MI-113127 (trans-4-(guanidinomethyl) cyclohexanecarboxyl-arginine-valine-arginine-4-amidinobenzylamide)、およびMI-114822,23 (4-(guanidinomethyl) phenylacetyl-arginine-tert.-leucine-arginine-4-amidinobenzylamide)は、試験用に選定された抗ウイルス化合物の例である。Furin阻害剤のMI-1148は、細胞毒性試験では陰性対照として、抗ウイルス試験では陽性対照として使用された。
3. 細胞培養
‑alanyl‑
‑glutamine、および1% Pen/Strepを添加したDulbecco's Modified Eagle's MediumでBaby hamster kidney (BHK-21)細胞を培養する(播種密度:T75フラスコあたり約1 × 106 cells、培養液量:10 mL)。細胞は5% CO2を含む加湿インキュベーター内で37 °Cで維持する。細胞は4〜5日ごとに1:12の比率で継代し、必要に応じて播種密度を柔軟に変更する。4. ウイルスの作製
5. 細胞毒性の判定
6. ウイルス感染および抗ウイルス化合物による処理
7. 生細胞蛍光イメージング、定量画像解析、およびデータの提示
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本研究では、マルチウェルプレート形式の蛍光顕微鏡を用いてアルファウイルスの拡散をモニタリングし、抗ウイルス化合物(例:フリン阻害剤)を評価するための詳細なプロトコルを提示します。ウイルスレポーター発現に対する抑制効果の可視化を実証するため、以前に合成された3種類のフリン阻害剤(MI-1148、MI-1130、MI-1131)を選択し、aedine細胞株U4.4を用いて試験を行いました。実験ワークフローの概要を図1に示します。
抗ウイルス efficacy を評価する前に、ウイルス複製能の低下が化合物による細胞死に起因するものではないことを確認するため、細胞毒性を評価することが不可欠である。そこで、コンフルエンシー 90% の U4.4 細胞に、100, 50, 25, または 12.5 µM の阻害剤を処理した。未処理の細胞および水(溶媒コントロール)で処理した細胞を陰性コントロールとし、イオノマイシンを陽性コントロールとして用いた。細胞生存率は、処理 48 時間後に ATP 定量に基づくルミネッセンスアッセイを用いて評価...
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アルファウイルスの複製をリアルタイムで観察できる能力は、従来のエンドポイント試験に対して、逐次的かつ累積的な視点を提供します。このマルチタイムライブセルイメージングプロトコルは、ウイルスの拡散を観察するためのダイナミックなプラットフォームを提供するため、アルファウイルスの研究における有用なモデルとなります。
このプロトコルの成功は、いくつかのパラメータに依存します。まず、細胞死による偽陽性の結果を排除するために、抗ウイルスアッセイの前に化合物の細胞毒性を評価することが重要です。細胞毒性効果の評価が完了した後、化合物の抗ウイルス活性を評価することができます。本試験化合物では、細胞毒性は観察されませんでした。MI-1130およびMI-1131はウイルスレポーターの発現に有意な影響を与えませんでしたが、ポジティブコントロールとして使用したMI-1148はこれを効果的に抑制しました。さらに、細胞播種に対する感染のタイミングが極めて重要です。過剰増殖を避けつつ、再現性のある感染を確実にするために、細胞が適切なコンフルエンシーに達している必要があります。また、細胞生存率を損なうことなく緩やかな...
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著者に利益相反はありません。
pCMV-SFV6-2SG-mCherryをご提供いただいたエストニアのタルトゥ大学のAndres Merits教授、およびドイツのミュンヘン工科大学のAndreas Pichlmair教授に感謝いたします。C6/36細胞をご提供いただいたドイツのハノーファー獣医大学のStefanie Becker教授に感謝いたします。フーリン阻害剤をご提供いただいたドイツのマールブルク大学のTorsten Steinmetzer教授に感謝いたします。本研究は、ヘッセン州高等教育・研究・芸術省のLandes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer ExzellenzプログラムのLOEWE Centre for Translational Biodiversity Genomics (LOEWE-TBG)(資金コード:LOEWE/1/10/519/03/03.001(0014)/52)、およびBMFTR (Project ASCRIBE-Grant Number 01KI2024)による支援を受けて行われました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ウシ血清アルブミン 分画V、pH 7.0 | SERVA電気泳動 | 11930.03 | |
| BenchStable DMEM | Thermo Fisher Scientific | A4192101 | |
| BHK-21細胞 | CLS Cell Lines Service GmbH, ドイツ、エッペルハイム | 603126 | |
| 細胞培養フラスコ、50 mL、25 cm2, PS, 赤色フィルター付きスクリューキャップ, 透明, CELLSTAR, TC処理, 滅菌済み | Greiner Bio-One | 690175 | |
| 細胞培養用マイクロプレート、24ウェル、PS、F底(チムニーウェル)、透明、CELLSTAR、TC、結露防止リング付き蓋、滅菌済み | Greiner Bio-One | 662160 | |
| 細胞培養マイクロプレート、96ウェル、PS、F-ボトム(チムニーウェル) µ透明、黒、CELLSTAR、TC、結露防止リング付き蓋、滅菌済み | Greiner Bio-One | 655090 | |
| 細胞培養マイクロプレート、96ウェル、PS、F底、(チムニーウェル)、透明、CELLSTAR、TC処理、結露防止リング付き蓋、滅菌済み | Greiner Bio-One | 655180 | |
| 細胞培養マイクロプレート、96ウェル、PS、V底、透明 | Greiner Bio-One | 651101 | |
| セルスクレーパー | VWR | 734-2602 | |
| CellTiter-Glo 発光細胞生存率アッセイ | Promega | G7573 | |
| Cytation 5 細胞イメージング・マルチモードリーダー | Biotek | ||
| DAPIフィルターキューブ 1225100 | Biotek | ex: 377/50 nm; em: 447/60 nm | |
| ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM GlutaMAX) | Thermo Fisher Scientific | A4192102 | |
| ウシ胎児血清 | Fisher Scientific | 11550356 | |
| フリン阻害剤 MI-1130 | 本研究 | ||
| フリン阻害剤 MI-1131 | 本研究 | ||
| フリン阻害剤 MI-1148 | Hardesら(2015年) 申し訳ございませんが、ご提示いただいたのはDOI(デジタルオブジェクト識別子)のみであり、翻訳対象となる具体的なテキストが含まれておりません。 翻訳が必要な英文のテキストをご提供いただければ、ご指示いただいた専門的なガイドライン(JoVEの科学的・教育的なスタイル、学術的なレジスター、正確な用語集の使用など)に基づき、研究者や臨床医、学生向けに適切に翻訳いたします。 | ||
| Gen5 Prime ソフトウェア | Biotek | ||
| イオノマイシンカルシウム塩, 99% | Thermo Fisher Scientific | J60628 | |
| ライボビッツL-15培地、GlutaMAXサプリメント | Thermo Fisher Scientific | 31415029 | |
| Lipofectamine 3000 トランスフェクション試薬 | Thermo Fisher Scientific | L3000001 | |
| MEM 非必須アミノ酸 (100倍) | Thermo Fisher Scientific | 11140050 | |
| マイクロプレート、PS、96ウェル、Fボトム(チムニーウェル)、ブラック、Fluotrac、中結合 | Greiner Bio-One | 655076 | |
| NucBlue Live ReadyProbes試薬 (Hoechst 33342) | Thermo Fisher Scientific | R37605 | |
| Opti-MEM | Thermo Fisher Scientific | 31985062 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/mL) | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| SFV6–2SG-mCherry | Andres Merits教授(エストニア・タルトゥ大学)およびAndreas Pichlmair教授(ドイツ・ミュンヘン工科大学) | ||
| Texas Redフィルターキューブ 1225102 | Biotek | 励起波長:586/15 nm、蛍光波長:647/57 nm | |
| トリプトソ・リン酸塩ブイヨン | Thermo Fisher Scientific | 18050039 | |
| U4.4細胞 | フリードリヒ・レーフラー研究所、連邦動物衛生研究センター、ドイツ、グライフスヴァルト | ||
| Viewseal Sealer、クリア | Greiner Bio-One | 676070 |
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