In dit werk wordt een gedetailleerd protocol gepresenteerd voor het monitoren van de verspreiding van het alfavirus en de evaluatie van antivirale verbindingen (bijv. furine-remmers) met behulp van fluorescentiemicroscopie in een multi-wellplaatformaat. Om de visualisatie van de remmende effecten op de expressie van de virale reporter aan te tonen, werden drie eerder gesynthetiseerde furine-remmers geselecteerd voor testen in de aedine cellijn U4.4: MI-1148, MI-1130 en MI-1131. Een overzicht van de experimentele workflow is geïllustreerd in Figuur 1.
Voordat de antivirale effectiviteit wordt beoordeeld, is het essentieel om de cytotoxiciteit te evalueren om er zeker van te zijn dat elke afname van de virale replicatie niet is te wijten aan celdood door de verbinding. Daarom werden U4.4-cellen bij een confluentie van 90% behandeld met de remmers in concentraties van 100, 50, 25 of 12,5 µM. Onbehandelde cellen en cellen behandeld met water (oplosmiddelcontrole) dienden als negatieve controles, terwijl ionomycine werd gebruikt als positieve controle. De cellevensvatbaarheid werd 48 u na de behandeling beoordeeld met een luminescente assay gebaseerd op ATP-kwantificering. Voor de geteste furine-remmers werd geen significante afname van de cellevensvatbaarheid waargenomen (Figuur 2).
Gezien het gebrek aan cytotoxiciteit werden de verbindingen vervolgens geëvalueerd op antivirale activiteit. Hiervoor werden U4.4-cellen gedurende 1 h geïnfecteerd met SFV-mCherry, gevolgd door behandeling met dezelfde furine-remmers in dezelfde concentraties. Geïnfecteerde, onbehandelde cellen en geïnfecteerde, met water behandelde cellen dienden als negatieve controles voor antivirale activiteit, terwijl niet-geïnfecteerde, onbehandelde cellen werden gebruikt om de achtergrondfluorescentie te bepalen. 48 h na de behandeling werd de expressie van de virale reporter gekwantificeerd met fluorescentiemicroscopie. Voorafgaand aan de beeldvorming werd aan elke put 8 µL van een celpermeabele nucleaire tegenkleuringsoplossing toegevoegd en 30 min geïncubeerd om de celkernen te kleuren. Het rode fluorescentiesignaal dat overeenkomt met de expressie van de virale reporter en het totaal aantal kernen werden gekwantificeerd vanuit de bewerkte fluorescentiebeelden. Onder de geteste remmers vertoonde MI-1148 een potente antivirale activiteit, waarbij de expressie van de virale reporter dosisafhankelijk significant werd verminderd (Figuur 3). In contrast hiermee vertoonden MI-1130 en MI-1131 geen waarneembare remming van de virale reporterexpressie bij enige van de geteste concentraties. De ruwe gegevens en de analyse van de antivirale assay zijn opgenomen in Aanvullende Tabel 1.
De representatieve resultaten tonen aan dat het protocol betrouwbaar verbindingen met antivirale activiteit identificeert, zoals blijkt uit de sterke afname van het reportersignaal waargenomen bij MI-1148. In contrast hiermee verlaagden de inhibitoren MI-1130 en MI-1131 de reporterexpressie niet, wat aangeeft dat hun potente furine-inhibitie, weerspiegeld door picomolaire inhibitieconstanten, onder deze omstandigheden niet leidde tot antivirale activiteit (Figuur 4). Deze bevindingen onderstrepen het vermogen van de assay om actieve verbindingen te onderscheiden van inactieve verbindingen en om de identificatie van potente en relevante leadstructuren te ondersteunen.

Figuur 1: Experimentele workflow. Een schematisch overzicht van de experimentele procedure die is gebruikt om de antivirale activiteit van furine-remmers in de aedine cellijn U4.4 te evalueren. De workflow omvat de voorbereiding van verbindingen, het zaaien van cellen, infectie met mCherry-getagd Semliki Forest-virus, behandeling met verbindingen, fluorescentiemicroscopie voor real-time visualisatie en kwantificering van de expressie van de virale reporter. Deze illustratie is gemaakt met BioRender. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Cytotoxische effecten van furineremmers in U4.4-cellen. Bij een confluentie van ongeveer 90% werden U4.4-cellen behandeld met MI-1148, MI-1130 en MI-1131 bij 100, 50, 25 en 12,5 µM. Onbehandelde cellen en met water behandelde cellen dienden als negatieve controles, terwijl ionomycine (100 µM) werd gebruikt als positieve controle. 48 u na de behandeling werd de celviabiliteit beoordeeld via ATP-kwantificatie. De gegevens werden genormaliseerd ten opzichte van de onbehandelde controle en uitgedrukt als percentage (%). De gemiddelde celviabiliteit (n=3) wordt getoond, en de foutenbalken representeren de variatiecoëfficiënt. De stippellijn representeert de grens voor cytotoxiciteit, vastgesteld op 80%. n.d. = niet detecteerbaar. De datarepresentatie is uitgevoerd met GraphPad Prism v9.5.1. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Antivirale activiteit van furine-remmers tegen het mCherry-gelabelde Semliki Forest-virus (SFV) in de aedine cellijn U4.4. Bij ongeveer 90% confluentie werden cellen gedurende 1 h geïnfecteerd met SFV-mCherry, gevolgd door behandeling met MI-1148, MI-1130 en MI-1131 bij 100, 50, 25 en 12.5 µM. Op 48 h na de behandeling werd de expressie van de virale reporter gekwantificeerd via fluorescentiemicroscopie. Voorafgaand aan de beeldvorming werd 8 µL van een celpermeabele nucleaire tegenkleuringsoplossing aan elke put toegevoegd en gedurende 30 min geïncubeerd om de celkernen te kleuren. Fluorescentiebeelden werden verkregen met een Texas Red-filter voor het virale signaal en een DAPI-filter voor de kernen. Beeldanalyse werd uitgevoerd om de totale rode fluorescentie-intensiteit (indicatief voor virale replicatie) en het totale aantal cellen per put te kwantificeren. Gegevens (n = 4) worden gepresenteerd als totale rode intensiteit per cel (totaal virussignaal / totaal celgetal). Foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie. Statistische significantie vergeleken met SFV-geïnfecteerde controle, met behulp van eenweg-ANOVA en de multiple comparisonstest van Dunnett: **** = P<0.0001; ns = P>0.05. Gegevensrepresentatie en statistische analyse werden uitgevoerd met GraphPad Prism v9.5.1. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Representatieve fluorescentiebeelden die de antivirale activiteit van furine-remmers tegen het mCherry-gelabelde Semliki Forest-virus (SFV) in de aedine-cellijn U4.4 tonen. De cellen bij een confluentie van ongeveer 90% werden gedurende 1 h geïnfecteerd met SFV-mCherry, gevolgd door behandeling met MI-1148, MI-1130 en MI-1131 bij concentraties van 100, 50, 25 en 12.5 µM. Geïnfecteerde, onbehandelde cellen en geïnfecteerde, met water behandelde cellen dienden als negatieve controles, terwijl niet-geïnfecteerde, onbehandelde cellen werden opgenomen als achtergrondcontroles. Het reportersignaal werd 48 h na de behandeling beoordeeld via fluorescentiemicroscopie met een Texas Red-filter om het mCherry-signaal vast te leggen. Schaalbalk = 2000 µm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Aanvullende tabel 1: Ruwe gegevens van de totale intensiteit van het virussignaal en het celgetal. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 1: Procedurestappen die zijn gebruikt op de imaging reader voor de representatieve resultaten. Ten eerste een temperatuurinstelling (rood) die overeenkomt met de kweekcondities van U4.4-cellen. Vervolgens drie onafhankelijke beeldactiestappen (oranje) voor metingen van DAPI, Texas Red en Brightfield. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2: Beeldinstellingen in de procedurestappen die op de beeldlezer zijn gebruikt voor de representatieve resultaten. De eerste instellingen die moeten worden aangepast zijn: vergroting (4x) en beeldformaat (Full WFOV). De te meten fluorofoor moet worden geselecteerd, en de parameters voor illuminatie, integratietijd en gain moeten dienovereenkomstig worden aangepast. Ten slotte moeten de beeldmontage (2x2) en de overlap (30 µm x 30 µm) worden geselecteerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 3: Datareductiestappen gebruikt in de image reader voor de representatieve resultaten. De eerste stap is image stitching (blauw) voor de DAPI- en Texas Red-kanalen. Ten tweede geeft Image Statistics (paars) de meting voor de totale intensiteit. Vervolgens is de stap voor beeldvoorbehandeling (groen) vereist om achtergrondruis uit het DAPI-kanaal te verwijderen. Ten slotte wordt de Cellular Analysis (geel) uitgevoerd op het voorbehandelde gestitchte beeld van DAPI. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 4: Afbeeldevenwicht (image stitching) in de datareductiestappen die zijn gebruikt op de beeldlezer voor de representatieve resultaten.De meest relevante instelling is de verkleining van het uiteindelijke beeld (80%), omdat een lagere waarde de resolutie van het beeld en daarmee de uiteindelijke meting van de parameters beïnvloedt. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende Figuur 5: Beeldstatistieken in de datareductiestappen die zijn gebruikt op de image reader voor de representatieve resultaten. Het is belangrijk om het juiste kanaal (Stitched: Fluorophore) te selecteren, een minimale drempelwaarde (2500) te kiezen en tot slot de parameter die gemeten moet worden (Total Intensity). Voor een nauwkeurigere meting kan een Image Plug worden gemaakt. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 6: Beeldbewerking bij de stappen voor datareductie die zijn toegepast op de beeldlezer voor de representatieve resultaten.De meest relevante instelling is de rolling ball-parameter (30 µm), waarbij prioriteit is gegeven aan fijne resultaten. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 7: Cellulaire analyse in de datareductiestappen die zijn gebruikt op de image reader voor de representatieve resultaten. Het is belangrijk om het kanaal te kiezen waarvan de afbeelding vooraf is bewerkt. Kies ervoor om elkaar raken objecten te scheiden en gaten met maskers op te vullen. Het is cruciaal om het juiste bereik voor de objectselectie te kiezen (5-50 µm). Ten slotte kan voor verfijnde resultaten een image plug worden gemaakt. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 8: Antivirale activiteit van furine-remmers tegen mCherry-gelabeld Semliki Forest-virus (SFV) in de aedine cellijn U4.4. Bij ongeveer 90% confluentie werden de cellen gedurende 1 h geïnfecteerd met SFV-mCherry, gevolgd door behandeling met MI-1148, MI-1130 en MI-1131 bij 100, 50, 25 en 12,5 µM. Na 24 h (rode balken) en 48 h (groene balken) na de behandeling werd de expressie van de virale reporter gekwantificeerd via fluorescentiemicroscopie. Foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie (n = 4). Klik hier om dit bestand te downloaden.