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Research Article
Xiaoyan Chang*1, Keru Zhou*1, Yanguang Liu1,2, Lian Duan3, Lichun Zhang2, Guoliang Zhang3, Haikun Wang4, Guiqin Wang1
1Nanjing Advanced Academy of Life and Health, 2Institute of Animal Bio-technology,Jilin Academy of Agricultural Sciences, 3National Clinical Research Center for Infectious Diseases, Shenzhen Third People’s Hospital,Southern University of Science and Technology, 4CAS Key Laboratory of Molecular Virology and Immunology, Institut Pasteur of Shanghai, Chinese Academy of Sciences,University of Chinese Academy of Sciences
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
여기에서는 유사 바이러스 패키징 및 항체 중화 활성 측정을 위한 프로토콜을 설명합니다.
1996년 이래로 A/goose/Guangdong/1/96 계통의 고병원성 조류 인플루엔자(HPAI) H5 바이러스는 가금류와 야생 조류에서 독감 발병을 일으키고 있습니다. 때때로 인간도 희생되어 사망률이 높습니다. 그럼에도 불구하고 HPAI 바이러스 연구는 생물 안전성 레벨 3 실험실에서 처리되어야 한다는 점을 고려할 때 종종 방해를 받습니다. 이 문제를 해결하기 위해 H5 HPAI 연구의 일부 실험에서 유사 바이러스가 야생형 바이러스의 대안으로 채택되었습니다. 슈도바이러스는 H5 HPAI 바이러스에 대한 중화 항체를 연구하는 데 이상적인 도구임이 입증되었습니다. 이 프로토콜은 H5 HPAI 유사바이러스 제제 및 유사바이러스 중화 분석의 절차와 중요한 단계를 설명합니다. 또한 이러한 분석의 문제 해결, 제한 및 수정에 대해 설명합니다.
1996년 이래로 A/goose/Guangdong/1/96 계통 고병원성 조류 인플루엔자(HPAI) H5 바이러스는 가금류와 야생 조류에서 지속적인 독감 발병을 일으켜 전 세계 가금류 산업에서 막대한 사회경제적 손실을 초래했습니다. 때로는 인간도 감염되어 높은 치사율 1,2에 직면합니다. 그러나 HPAI 바이러스 연구는 생물 안전성 레벨 3 실험실 밖에서 처리 할 수 없기 때문에 종종 방해를 받습니다. 이 문제를 해결하기 위해 H5 HPAI 연구의 일부 실험에서 유사 바이러스가 야생형 바이러스의 대안으로 채택되었습니다. 슈도바이러스는 생물안전성 레벨 2 실험실에서 실습할 수 있을 만큼 안전합니다.
H5 HPAI 슈도바이러스는 대리 바이러스 코어, 인플루엔자 바이러스의 표면 당단백질이 있는 지질 외피 및 리포터 유전자로 구성된 키메라 바이러스에 속합니다. 슈도바이러스 코어는 일반적으로 렌티바이러스 인간 면역결핍 바이러스(HIV), 쥐 백혈병 바이러스(MLV) 및 수포성 구내염 바이러스(VSV)와 같은 레트로바이러스에서 파생됩니다.3. 특히, HIV-1 패키징 시스템은 인플루엔자 슈도바이러스를 생산하기 위해 널리 사용되며, 여기서 제공되는 주요 유전자는 gag 및 pol입니다. HIV gag 유전자는 핵심 단백질을 발현합니다. pol 유전자는 인테그라제 및 역전사효소를 발현하며, 둘 다 형질도입된 세포에서 리포터 유전자의 발현에 필요합니다. 대리 바이러스의 게놈을 모방한 리포터 유전자는 RNA 형태로 유사바이러스 코어에 흡수됩니다. 리포터 유전자는 숙주 세포에서 단백질을 발현합니다. 리포터 유전자의 유전자 발현 수준은 슈도바이러스 감염 효율을 측정하는데 사용될 수 있다 3,4. 1차 리포터는 형질도입된 세포에서 상대 발광 단위(RLU) 또는 상대 루시페라아제 활성(RLA)을 측정하기 위한 반딧불이 루시페라아제입니다. lacZ, Gaussia, Renilla luciferase 와 같은 다른 리포터들도 사용되지만 그 정도는 적습니다5.
슈도바이러스는 H5 HAPI 바이러스에 대한 중화 항체를 연구하는 데 이상적인 도구입니다. 중화 항체 효능을 측정하기 위해, 슈도바이러스 중화(PN)분석법(6)이 사용된다. 헤마글루티닌(HA)과 뉴라미니다아제(NA)는 인플루엔자 A 바이러스 7,8의 표면에 있는 당단백질입니다. HA는 수용체 결합을 위한 구형 헤드 도메인과 막 융합을 위한 줄기 도메인으로 구성됩니다. NA 단백질은 바이러스 방출을 촉진하는 시알리다아제 활성을 가지고 있습니다 7,8. PN 분석은 HA 단백질에 대한 중화 항체를 측정할 수 있습니다. HA의 머리 및 줄기 영역으로 향하는 중화 항체는 또한 바이러스 부착 및 진입 분석에 의해 검출될 수 있다. 야생형 바이러스에 비해 유사 바이러스 중화 실험은 검출 값이 더 민감하고 레벨 2 생물 안전 실험실에서 안전하게 처리 할 수 있으며 일반적으로 실제로 작동하기가 더 쉽습니다.
이 프로토콜은 H5 HPAI 유사바이러스 제제 및 PN 분석의 절차와 중요한 단계를 자세히 제시합니다. 또한 이러한 분석의 문제 해결, 제한 및 수정에 대해 설명합니다. 본 연구에서는 H5N1 HPAI 바이러스의 A/Thailand/1(KAN)-1/2004(TH) 균주를 예로 들어 설명하였다. 분석에 사용되는 면역 혈청을 얻기 위해, 이 프로토콜은 마우스를 면역화하기 위한 면역원으로서 TH 균주로부터 유래된 HA 단백질을 선택하였다.
모든 슈도바이러스 관련 실험 작업은 상하이 중국과학원 파스퇴르 연구소(IPS, CAS)에서 ABSL2 조건 하에서 수행되었습니다. 동물 실험은 IPS, CAS의 기관 동물 관리 및 사용 위원회가 승인한 동물 프로토콜을 기반으로 수행되었습니다.
1. Calcium-phosphate transfection을 사용한 유사바이러스 패키징
2. 인플루엔자 슈도바이러스의 HA, NA 및 HIV-1 p24 단백질 발현 검출
3. 슈도바이러스 적정
4. 면역 혈청 준비
참고: 면역 혈청은 세포 관련 실험에 사용되며 실험 작업은 무균 조건에서 수행되어야 합니다.
5. 슈도바이러스 중화(PN) 분석
6. 슈도바이러스 부착 분석
7. 바이러스 진입 평가
HA, NA 및 HIV-1 p24 단백질 발현 인플루엔자 슈도바이러스
바이러스 패키징 효율을 확인하기 위해, 인플루엔자 슈도바이러스 스톡을 먼저 HA 분석에 의해 검출하였다(도 2A). 인플루엔자 슈도바이러스의 밀리리터당 HA 단위는 643입니다(표 3). 웨스턴 블롯 분석 및 샌드위치 ELISA 분석을 사용하여 HA, NA 및 HIV-1 p24 단백질 발현을 테스트했습니다. 이어서, HA 단위의 비율 및 슈도바이러스에 대한 gag p24의 양을 계산하였다. 웨스턴 블롯 분석의 결과는 HA0, HA1, HA2 및 NA 단백질의 4가지 단백질 유형이 있음을 보여주었습니다(보충 그림 2). 이는 인플루엔자 슈도바이러스의 외피 단백질이 야생형 바이러스의 외피 단백질과 유사함을 나타냅니다. HA와 Gag p24의 비율은 보고된 바와 같이 정상 범위 내에 있었다(표 3)9.
| 슈도바이러스 균주 | HAU/mL | 1.00E + 05pg/mL | HAU/1.00E+05pg의 비율* |
| P A/태국/(KAN-1)/2004 | 642.52 ± 30.26 | 4.20 ± 0.17 | 152.98 |
| *HA 단위의 비율과 유사바이러스에서 HIV-1 Gag p24의 양은 다음과 같이 계산되었습니다: HA 단위/Gag p24의 양. |
표 3: H5 유사바이러스의 정량화.
슈도바이러스 적정
기능성 바이러스 입자의 농도를 측정하기 위해 슈도바이러스의 상대적 루시페라아제 활성(RLA)을 검출하였다. RLA 판독값은 많은 변수에 따라 달라집니다. 형질도입된 세포 양이 RLA 판독값에 미치는 영향을 확인하기 위해 96웰 플레이트의 웰당 1250, 2500, 5000, 10000, 20000 및 40000의 세포를 시딩했습니다(그림 2). 결과는 슈도바이러스의 RLA 판독값이 가장 높고 평균의 표준 오차가 5000개의 세포가 96웰 플레이트의 웰에 파종될 때 가장 낮다는 것을 보여주었습니다(그림 4A). 배양 시간의 영향을 확인하기 위해 바이러스 감염 후 48시간, 60시간 및 72시간에 RLA 판독값을 검출합니다. 결과는 60시간 동안 배양했을 때 유사바이러스의 RLA 판독값이 평균의 낮은 표준 오차와 함께 값이 더 높고 반복성이 더 우수하다는 것을 보여주었습니다(그림 4B). 결과는 96웰 플레이트의 웰에 5000개의 세포를 시딩하고 바이러스 감염 후 60시간 후에 RLA 판독값을 검출하는 것이 적합함을 나타냅니다.
PN 어세이
대조군 및 DDV 군으로부터의 면역 혈청의 중화 역가는 PN 분석법으로 측정하였다(도 5). 그림 5A에 나타난 바와 같이, DDV 그룹의 면역 혈청은 슈도바이러스 A/Thailand/1(KAN)-1/04 균주에 대해 높은 중화 역가를 나타냈다. 대조적으로, 대조군으로부터의 혈청은 어떠한 중화 활성도 나타내지 않았다(도 5B). 전통적인 혈청학적 분석(HI 및 MN 분석)과 비교하여 PN 분석은 더 민감합니다(데이터가 표시되지 않음).
부착 중화 분석
일부 중화 항체는 시알산 수용체에 대한 바이러스의 부착을 방해할 수 있습니다. 이 항체는 HA 헤드로 향하며 상업용 백신에 의한 면역 또는 인플루엔자 바이러스 감염 후 우세합니다. 이러한 항체의 중화 활성을 확인하기 위해 부착 중화 분석이 수행됩니다(그림 3). 대조군 혈청과 비교했을 때, 면역 혈청의 중화 활성은 강력하며, 이는 면역 혈청에서 HA 헤드로 향하는 많은 항체가 있음을 나타냅니다(그림 6A).
바이러스 진입 평가
이 분석은 인플루엔자 바이러스 감염 동안 바이러스 외피와 엔도솜 막의 융합을 방해하는 항체를 식별하는 데 사용됩니다. 이러한 항체는 HA 줄기 도메인으로 향하며 일반적으로 덜 강력합니다. 이러한 항체의 중화 역가를 측정하기 위해 부착 후 분석이 수행됩니다(그림 3). 면역 혈청과 대조군 혈청 사이에는 상당한 차이가 있으며, 이는 면역 혈청에서 HA 줄기 영역에 대한 항체가 있음을 나타냅니다(그림 6B).

그림 1: 칼슘 매개 형질감염의 흐름도. 이 순서도는 칼슘 매개 형질감염의 주요 절차를 설명하는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 슈도바이러스의 정량화 및 적정. (A) 슈도바이러스 HA 분석의 주요 단계를 설명하는 슈도바이러스 HA 분석의 흐름도. (B) 슈도바이러스 P24 분석의 주요 단계를 설명하는 슈도바이러스 P24 분석의 흐름도. (C) 슈도바이러스 적정 분석의 주요 단계를 설명하는 슈도바이러스 적정 분석의 흐름도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 슈도바이러스 기반 중화 분석. (A) PN 분석의 주요 단계를 설명하는 PN 분석의 순서도. (B) 부착 분석의 주요 단계를 설명하는 유사 바이러스 부착 분석의 순서도. (C) 바이러스 진입 분석의 주요 단계를 설명하는 바이러스 진입 분석의 평가 순서도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 슈도바이러스 적정. (A) 96웰 플레이트의 웰당 다른 세포 양은 RLA 판독값에 영향을 미칩니다. 1250, 2500, 5000, 10000, 20000 및 40000 세포를 96-웰 플레이트에 시딩하였다. (B) 다른 수확 시간은 RLA 판독값에 영향을 미칩니다. RLA 판독값은 바이러스 감염 후 48시간, 60시간 및 72시간에 감지됩니다. 3개의 독립적인 실험으로부터 수집된 데이터는 평균 ± SEM으로 제시된다; 오차 막대는 평균의 표준 오차(SEM)를 나타냅니다. Tukey 검정을 이용한 일원 분산 분석(One-way ANOVA)을 수행하였다. P < 0.0001; ns, 중요하지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 슈도바이러스로 검출된 H5 중화 항체 반응. (A) DDV 그룹에서 면역 혈청의 중화 항체 반응 적정. (B) 대조군에서 면역 혈청의 중화 항체 반응의 적정. IC50 은 슈도바이러스의 50%를 억제할 수 있는 중화 항체의 상호 희석액으로 정의됩니다. 3개의 독립적인 실험으로부터 수집된 데이터는 평균 ± SEM으로 제시된다; 오차 막대는 평균의 표준 오차(SEM)를 나타냅니다. VSVG 슈도바이러스는 음성 대조군으로 사용되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 결합 및 바이러스 진입 분석에 의한 중화 항체 효능 검출 . (A) 대조군의 면역 혈청이 아닌 DDV 그룹의 면역 혈청은 세포에 대한 바이러스 부착을 억제합니다. (B) 대조군이 아닌 DDV 그룹의 면역 혈청은 바이러스 부착 후 감염을 부분적으로 억제합니다. 3개의 독립적인 실험으로부터 수집된 데이터는 평균 ± SEM으로 제시된다; 오차 막대는 평균의 표준 오차(SEM)를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 완전한 DMEM 배지 구성 | 농도 |
| 둘베코의 변형 이글 배지(DMEM) | 1배 |
| 소태아혈청 | 10% |
| 페니실린(1U/mL)/스트렙토마이신 | 1 μg/mL |
표 1: 완전한 DMEM 배지 조성.
| 자료 | 농도 | 음량 |
| 2x 헤페스(pH 7.1) | -- | 675.0 마이크로리터 |
| CaCl 2 (2.5 m) | -- | 67.5 마이크로리터 |
| ddH2O | -- | 529.2 마이크로리터 |
| 피CMV Δ 8.9 | 1000ng/μL | 18.9 마이크로리터 |
| pCMV/R-HA | 100ng/μL | 27.0 마이크로리터 |
| pCMV/R-NA | 50ng/μL | 13.5 μL |
| pHR-루크 | 1000ng/μL | 18.9 마이크로리터 |
표 2: 유사 바이러스 패키징 시스템.
보충 그림 1: 마우스 예방 접종 순서도. 이 순서도는 마우스 예방 접종의 주요 절차를 설명합니다. 면역 혈청을 샘플로 사용하였다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 2: 인플루엔자 슈도바이러스의 HA, NA 및 HIV-1 p24 단백질 발현. 의사 바이러스 단백질의 웨스턴 블롯. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
여기에서는 유사 바이러스 패키징 및 항체 중화 활성 측정을 위한 프로토콜을 설명합니다.
이 작업은 장쑤성 혁신 역량 강화 프로젝트(BM2020019), 선전 과학 기술 프로젝트(No. JSGG20200225150702770), 중국과학원(XDB29030103)의 전략적 우선 연구 프로그램, 광동 과학 기술 프로젝트(No. 2020B1111340076) 및 Shenzhen Bay Laboratory Open Research Program(No. SZBL202002271003).
| 1% Chiken 적혈구 | 바이오채널 | BC-RBC-C001 | 시약 |
| 96웰 세포 배양 플레이트(평면 바닥) | Thermo fisher scientific | 167008 | 소모품 |
| 96웰 세포 배양 플레이트(둥근 바닥) | Thermo fisher scientific | 163320 | 소모품 |
| Allegra X-15R | Beckman 쿨터 | -- | 장비/원심분리기 |
| BD 인슐린 주사기 | BD | 324910 | 소모품 |
| 염화칼슘 무수 | AMRESCO | 1B1110-500G | 시약 |
| 클로로퀸 이인산염 | Selleck | S4157 | 시약 |
| Dulbecco' s Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 12100-046 | 시약 |
| 태아 소 혈청 | Gibco | 16000-044 | 시약 |
| HEK293FT Gibco | R700-07 | 세포주 | |
| HEPES 유리산 | AMRESCO | 0511-250G | 시약 |
| HIV-1 p24 항원 ELISA | ZeptoMetrix | 801111 | 시약 키트 |
| Luciferase 분석 시스템 냉동고 팩 | Promega | E4530 | 시약 키트 |
| MDCK.1 | ATCC | CRL-2935 | 세포주 |
| 마이크로 원심분리기 튜브 1.5mL | Thermo fisher scientific | 509-GRD-Q | 소모품 |
| Nunc 원추형 원심분리기 튜브 15mL | Thermo fisher scientific | 339650 | 소모품 |
| Nunc 원추형 원심분리기 튜브 50mL | Thermo fisher scientific | 339652 | 소모품 |
| Nunc EasYFlask 75 cm2 | Thermo fisher scientific | 156499 | 소모품 |
| 페니실린-스트렙토마이신 | Gibco | 15140-122 | 시약 |
| 피펫 팁 (10 μ L) | Thermo fisher scientific | TF102-10-Q | 소모품 |
| 피펫 팁 (100 μ L) | Thermo fisher scientific | TF113-100-Q | 소모품 |
| 피펫 팁 (1000 μ L) | Thermo fisher scientific | TF112-1000-Q | 소모품 |
| Serological pipets(5mL) | Thermo fisher scientific | 170355N | 소모품 |
| Serological pipets(10mL) | Thermo fisher scientific | 170356N | 소모품 |
| Trypsin/EDTA | Gibco | 25200-072 | 시약 |
| Varioskan Flash | Thermo fisher 과학 | -- | 장비/마이크로플레이트 리더 |
| 워터 재킷 인큐베이터 | Thermo fisher scientific | 3111 | 장비/세포 인큐베이터 |
| 펜토바르비탈 나트륨 염 | 시그마 | 57-33-0 | 시약 |