Protokół został podsumowany na Rys. 4.
1. Pobieranie próbek krwi
- Pobrać co najmniej 3 ml krwi do probówek z EDTA w ośrodku klinicznym.
- Próbki można przechowywać do tygodnia w temperaturze 4°C.
- Próbki krwi z EDTA należy jak najszybciej wysłać do laboratorium pocztą zwykłą.
2. Izolacja RNA i/lub DNA HIV
- Wyizolować wirusowe RNA i/lub DNA z 1000 μl krwi pełnej, surowicy lub osocza, wykorzystując zestaw MagNA Pure Compact Nucleic Acid Isolation I oraz system MagNA Pure Compact System.
- Eluować otrzymane RNA lub DNA w 50 μl buforu TE. Alternatywnie można zastosować inne procedury oczyszczania kwasów nukleinowych.
3. Amplifikacja regionu env
Przeprowadź amplifikację regionu env (Ryc. 2 i 4) z RNA plazmy lub prowiralnego DNA. Powstanie produkt o długości 1245 bp, obejmujący większość białka Env (nt 6556-7811 zgodnie z HXB2).
- Próbki RNA: reakcja RT-PCR
- Wirusowe RNA posiada bardzo złożoną strukturę drugorzędową (Rys. 4), która może utrudniać reakcję RT. Aby uniknąć tego problemu, inkubować 10 μl RNA w temperaturze 65°C przez 10 minut (bezpośrednio w probówce PCR i w termocyklerze), a następnie obniżyć temperaturę do 50°C.
- Dodać 40 μl PCR Master Mix zawierającego startery Env-F i Env-R.
Master Mix dla systemu RT-PCR In-House:
| | objętość/reakcja (μl) | stężenie końcowe |
| RNase-free H2O | 14.4 | |
| 5x Buffer (Qiagen OneStep RT-PCR Kit) | 10 | 1x |
| 5x Q-Solution | 10 | 1x |
| dNTP Mix (10 mM each) | 2 | 400 μM każdego dNTP |
| Enzym-Mix (Qiagen OneStep RT-PCR Kit) | 2 | |
| Primer Env-F (100 μM) | 0.3 | 0.6 μM |
| Primer Env-R (100 μM) | 0.3 | 0.6 μM |
| RNase Inhibitor (RNasin) | 1 | 5 jednostek/reakcja |
Env-F: 5'- CAAAGCCTAAAGCCATGTGTAAA -3' (nt 6556→6586 zgodnie z HXB2)
Env-R: 5'- AGTGCTTCCTGCTGCTCCTAAGAACCC -3' (nt 7785←7811)
- Przeprowadzić reakcję RT w temperaturze 50°C przez 30 minut.
- Przeprowadzić pierwszą reakcję PCR zgodnie z poniższymi parametrami:
| 95°C, 15min | 1 x |
95°C, 30 sec
50°C, 30 sec
72°C, 2 min | 1 x |
95°C, 30 sec
56°C, 30 sec
72°C, 2 min | 38 x |
72°C, 10 min
4°C ∞ | |
- Próbki DNA: reakcja PCR
W przypadku próbek prowirusowego DNA wstępna reakcja RT nie jest wymagana i można bezpośrednio rozpocząć reakcję PCR.
- Dodać 40 μl PCR Master Mix do 10 μl prowirusowego DNA.
Master Mix dla systemu PCR In-House:
| | objętość/reakcja (μl) | stężenie końcowe |
| RNase-free H2O | 15.4 | |
| 5x Buffer (HotStarTaq DNA Polymerase) | 10 | 1x |
| 5x Q-Solution | 10 | 1x |
| dNTP Mix (10 mM each) | 2 | 400 μM każdego dNTP |
| Enzym-Mix (HotStarTaq DNA Polymerase) | 2 | |
| Primer Env-F (100 μM) | 0.3 | 0.6 μM |
| Primer Env-R (100 μM) | 0.3 | 0.6 μM |
Env-F: 5'- CAAAGCCTAAAGCCATGTGTAAA -3' (nt 6556→6586)
Env-R: 5'- AGTGCTTCCTGCTGCTCCTAAGAACCC -3' (nt 7785←7811)
- Zastosować warunki PCR opisane wcześniej dla próbek RNA (Krok 3.1.4).
4. Amplifikacja regionu V3: PCR zagnieżdżony
- Do reakcji nested PCR należy użyć 5 μl produktu z pierwszej reakcji PCR (bez wcześniejszej analizy w żelu agarozowym) jako matrycy i dodać 95 μl Master Mixu do PCR.
Master Mix do Nested-In-House PCR
| | objętość/reakcja (μl) | stężenie końcowe |
| H2O | 61.9 | |
| 10x PCR Buffer | 10 | 1x |
| 5x Q-Solution | 20 | 1x |
| dNTP Mix (10 mM each) | 2 | 200 μM każdego dNTP |
| Starter Env-2F (100 μM) | 0.3 | 0.6 μM |
| Starter Env-2R (100 μM) | 0.3 | 0.6 μM |
| HotStarTaq DNA Polymerase | 0.5 | 2,5 jednostek/reakcja |
Env-2F: 5'- GTCCAAAGGTATCCTTTGAGCCAATTC -3' (nt 6838→6864)
Env-2R: 5'- CACCACTCTTCTCTTTGCCTTGGTGGGTGC -3' (nt 7712←7742)
- Reakcję PCR należy przeprowadzić zgodnie z następującymi parametrami:
93°C, 15 min | 1 x |
95°C, 30 s
50°C, 30 s
72°C, 90 s | 1 x |
95°C, 30 s
56°C, 30 s
72°C, 90 s | 43 x |
72°C, 10 min
4°C ∞ | |
- Produkt PCR należy przeanalizować w 1% żelu agarozowym (Rys. 4). Oczekiwany produkt ma długość 902 bp.
- Oczyszczanie próbek do sekwencjonowania.
- Produkt PCR należy oczyścić za pomocą zestawu Qiagen PCR-Purification, stosując protokół, roztwory i mikrokolumny dostarczone przez producenta. Elucję przeprowadza się w 30-100 μl buforu PE, w zależności od intensywności prążka.
- Alternatywnie próbki można oczyścić przy użyciu egzonukleazy I i Fast AP (fosfatazy alkalicznej Thermo). W tym celu do 15 μl produktu PCR dodaje się 6 μl mieszaniny Exo-AP Mix i inkubuje przez 15 minut w temperaturze 37°C.
| 580 μl H2O |
| 66 μl fast AP |
| 13.4 μl Exo I |
5. Reakcja sekwencjonowania amplikonu V3
- Reakcja sekwencjonowania polega na przeprowadzeniu reakcji PCR z użyciem tylko jednego z poniższych starterów:
Env-2: 5'- GTACAATGYACACATGGAATTAGGC -3 (nt 6959→6980)
Env-5: 5'- AAAATTCCCCTCCACAATTA - 3' (nt 7352←7371)
Env-6: 5'- GGCCAGTAGTATCAACTCAAC - 3' (nt 6979→7000)
Env-7: 5'- TGTCCACTGATGGGAGGGGC - 3' (nt 7530←7549)
Env-10: 5' - GCAGAATAAAACAAATTATAAACATGTGGC - 3' (nt 7478←7507)
Env-11: 5' - TACATTGCTTTTCCTACTTTCTGCCAC - 3' (nt 7638←7664)
Startery pierwszego wyboru to: Env-2, Env-6 lub Env-7, Env-11
- Użyć 1 μl oczyszczonego amplikonu V3 jako matrycy i dodać 9 μl master-mixu do PCR.
Master Mix do sekwencjonowania:
| 4 μl mieszaniny do sekwencjonowania (HIV-Genotyping Kit) |
| 4 μl H2O |
| 1 μl startera (100 pmol/μl) |
- Reakcję sekwencjonowania przeprowadzić zgodnie z poniższymi parametrami:
| 96°C, 10 sec | |
| 50°C, 10 sec | 36 x |
| 60°C, 45 sec | |
| 4°C ∞ | |
6. Oczyszczanie próbek do sekwencjonowania
Oczyść sekwencje, wykorzystując Sephadex G-50 superfine.
- Wypełnij odpowiednią liczbę dołków w „loaderze kolumn” żywicą Sephadex G-50 superfine. Przenieś Sephadex na płytkę filtrującą MAHVN4510, odwracając ją.
- Dodaj 300 μl wody Milli-Q H2O do każdego dołka w płytce filtrującej i inkubuj przez co najmniej 3h w temperaturze 2-8°C.
- Wiruj płytki przez 5 min przy 910Xg w temperaturze 4-15°C. Usuń filtrat.
- Dodaj 10 μl H2O do produktu sekwencjonowania, a następnie nanieś produkt na płytkę z napęczniałym Sephadexem.
- Aby uzyskać oczyszczony produkt, wiruj płytkę przez 5 min przy 910Xg w temperaturze 4-15°C i zbierz filtrat.
7. Sekwencjonowanie oczyszczonych próbek na sekwenconversorze ABI Prism 3130 XL
- Przed każdym uruchomieniem należy wymienić bufor i sprawdzić objętość polimeru (POP7). W razie potrzeby należy zastąpić zużytą kolbę z polimerem nową.
- Należy zastosować zapisane warunki analizy, w tym czas wstrzyknięcia wynoszący 18 sekund.
- W tym urządzeniu zbieranie danych sygnałowych z jednego przebiegu dla 16 próbek sekwencyjnych trwa około 60 min (kapilara 36 cm) lub 150 min (kapilara 50 cm).
8. Edycja sekwencji
- Do wyrównania i edycji sekwencji należy użyć programu Lasergene (DNA-Star) (Ryc. 5). Można zastosować również inne programy do edycji sekwencji. Jako referencje należy wykorzystać "V3-Consensus B" oraz sekwencję konsensusową env.
- Program Lasergene tworzy sekwencję konsensusową analizowanej próbki, wykorzystując wszystkie dostępne surowe dane, i zapisuje ją w formacie pliku FASTA. Plik FASTA jest plikiem tekstowym, który zawiera nagłówek z nazwą próbki oraz sekwencję nukleotydową.
9. Interpretacja danych sekwencjonowania i przewidywanie tropizmu
- Interpretacja danych sekwencjonowania jest wykonywana za pomocą internetowego systemu interpretacyjnego geno2pheno[coreceptor] (http://coreceptor.bioinf.mpi-inf.mpg.de/index.php). W celu przewidzenia tropizmu można wybrać różne ustawienia FPR. Ustawienie domyślne jest zgodne z niemiecko-austriackimi wytycznymi terapeutycznymi. W przypadku FPR ≥ 20%, wirus jest klasyfikowany jako R5, gdy FPR ≥ 20%, oraz jako X4 dla FPR < 12,5%.
- Prześlij plik FASTA na serwer. Serwer ten transluduje sekwencję nukleotydową na aminokwasy, dopasowuje ją do sekwencji V3-Consensus B i dokonuje klasyfikacji podtypu. Ponadto generuje prognozę wykorzystania koreceptora (Rys. 4) wyrażoną jako wskaźnik wyników fałszywie dodatnich (FPR).
10. Reprezentatywne wyniki
Wynik geno2pheno[coreceptor] przedstawia stopniowaną interpretację tropizmu. W zależności od prawdopodobieństwa wykorzystania koreceptora, tekst interpretacji i kolor tła zmieniają się od zielonego (<20% FPR), sugerującego bezpieczne podanie MVC, przez żółty, sugerujący możliwe, niskie ryzyko, aż po czerwony. Kolor czerwony sugeruje, aby nie przepisywać MVC. Dodatkowo serwer generuje raport w formacie pdf, który można wydrukować, uzupełnić o dane pacjenta i próbki, a następnie przesłać do lekarza. Przykłady wyników geno2pheno[coreceptor] przedstawiono na Rys. 6.

Rycina 1. Schemat replikacji HIV. Wirion musi związać się z komórkowym receptorem CD4 oraz z koreceptorem CCR5 lub CXCR4. Koreceptor CCR5 może zostać zablokowany przez antagonisty CCR5, takie jak Maraviroc (MVC, Celsentri, Selzentry). Po fuzji błony wirusowej i komórkowej nukleokapsyd wirusa zostaje uwolniony do cytoplazmy. Nukleokapsyd ulega rozpadowi, a kompleks RNA wirusa zostaje uwolniony do cytoplazmy. Wirusowa odwrotna transkryptaza (RT) przepisuje genomowy RNA na DNA prowirusowe, które jest następnie transportowane do jądra i włączane do genomu gospodarza przez integrazę HIV. Komórkowe polimerazy RNA przepisują wirusowe RNA genomowe i mRNA z genomu prowirusowego. Białka wirusowe są produkowane w cytoplazmie i transportowane na powierzchnię komórki. Cząsteczki wirusa wypączkowują z komórek jako niedojrzałe, niezakaźne wiriony. Proteaza HIV rozcina białka, tworząc zakaźne cząsteczki. Zahamowanie jednego z tych etapów prowadzi do przerwania cyklu replikacyjnego.
Leki antyretrowirusowe oraz etapy replikacji, które one hamują, są zaznaczone na czerwono.
Wirusowe RNA oraz prowirusowe DNA (materiał używany do analizy tropizmu lub oporności) są zaznaczone na zielono.

Rycina 2. Genom prowirusowy HIV. Cząsteczka HIV zbudowana jest z różnych białek strukturalnych i zawiera różnorodne enzymy oraz białka pochodzenia zarówno wirusowego, jak i komórkowego. Na rycinie przedstawiono rozmieszczenie genów w genomie wirusa. Białka powierzchniowe gp120 i gp41 tworzą wypustki na powierzchni wirionu i kontaktują się z komórką ludzką, aby przeprowadzić fuzję błon. W dolnej części ryciny przedstawiono produkty amplifikacji PCR oraz startery użyte w naszym protokole.

Rycina 3. Odsetek pacjentów z pomiarami niskiego ładunku wirusowego (VL) analizowanych pod kątem określenia oporności na leki lub tropizmu w Instytucie Wirusologii Uniwersytetu w Kolonii (Niemcy).

Rysunek 4. Ogólny schemat eksperymentu.. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 5. Edycja sekwencji w programie Lasergene. Amplikony V3 są sekwencjonowane z użyciem co najmniej jednego primera forward i jednego primera reverse. Program Lasergene dopasowuje pliki „.abi” uzyskane z sekwenatora do sekwencji referencyjnych „V3-Consensus B” oraz env. Lasergene tworzy sekwencję konsensusową, wykorzystując wszystkie dostępne dane surowe. Sekwencje referencyjne mogą zostać oznaczone (wtedy są wyświetlane w kolorze szarym), aby nie miały wpływu na sekwencję konsensusową próbki.

Rycina 6. Raporty z predykcji tropizmu wygenerowane przez narzędzie geno2pheno[coreceptor]. Raporty są generowane jako pliki pdf, które można zapisać i uzupełnić na komputerze. Dodatkowe dane, takie jak imię i nazwisko pacjenta, data pobrania krwi itp., mogą zostać wprowadzone ręcznie za pomocą programu do edycji pdf. Można również dodać szczegółowe uwagi. Dane te znajdują się wyłącznie na komputerze użytkownika, a nie na serwerze geno2pheno[coreceptor]. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.