1. Pakowanie wektorów lentiwirusowych
Wektory lentiwirusowe są wytwarzane poprzez kotransfekcję lentiwirusowego wektora transferowego oraz innych plazmidów niezbędnych do pakowania do komórek 293T metodą transfekcji fosforanem wapnia. W niniejszym protokole wykorzystujemy 10 szalek hodowlanych o średnicy 100 mm. Skalę procesu można zwiększyć lub zmniejszyć w zależności od zastosowania. Linia komórkowa 293T jest utrzymywana w pożywce DMEM (Dulbecco's modified Eagles medium) z wysoką zawartością glukozy (4500 mg/L), uzupełnionej o 10% płodowej surowicy bydlęcej (FBS), 100 jednostek/ml penicyliny oraz 100 μg/ml streptomycyny, w inkubatorze w temperaturze 37 °C z 5% CO2.
- Wysiać komórki 293T do 10 100-mm szalek do hodowli tkankowych w pożywce hodowlanej w zagęszczeniu 30-40% (3 x 106 komórek/szalkę). Umieścić komórki w inkubatorze.
- Po 20-24 h hodowli sprawdzić gęstość komórek. W momencie transfekcji komórki powinny osiągnąć około 80% konfluencji.
- Przygotować probówkę 50-ml. Dodać 4,4 ml TE79/10 (1 mM TrisHCl, 0,1 mM EDTA, pH 7,9) pomniejszone o całkowitą objętość poniższego plazmidowego DNA. Dodać 100 μg lentiwirusego plazmidu transferowego (Rycina 1), 58 μg pMDLg/pRRE, 31 μg pCMV-G, 25 μg pRSV-Rev oraz 600 μl 2M CaCl2. Delikatnie wymieszać.
- Przygotować kolejną probówkę 50-ml. Dodać 5 ml 2x HBS (0,05 M HEPES, 0,28 M NaCl, 1,5 mM Na2HPO4, pH 7,12).
- Pobrać mieszaninę DNA-CaCl2 za pomocą pipety 10-ml i dodać do probówki zawierającej 2x HBS, dodając kroplami podczas mieszania probówki na vortexie.
- Pozostawić reakcję wytrącania w temperaturze pokojowej (RT) na 30 min.
- Wyjąć szalki z hodowlą z inkubatora. Dobrze wymieszać reakcję wytrącania na vortexie. Do każdej szalki 100-mm z komórkami dodać 1 ml zawiesiny. Zawiesinę należy dodawać powoli, kroplami, delikatnie kołysząc szalką z pożywką. Umieścić szalki z powrotem w inkubatorze na 5 h.
- Usunąć pożywkę z hodowli. Do każdej szalki dodać 6 ml świeżej pożywki hodowlanej zawierającej 6 mM maślanu sodu. Umieścić hodowle w inkubatorze. Po hodowli nocnej, jeśli w konstrukcie znajduje się reporter fluorescencyjny, sprawdzić ekspresję genu reporterowego pod mikroskopem fluorescencyjnym. Zazwyczaj ponad 80% komórek wykazuje ekspresję genu reporterowego, jeśli jest on sterowany przez promotor powszechny (np. promotor CMV).
- Dwa dni (40-44 h) po transfekcji zebrać nadsącz z 10 szalek do 2 probówek 50-ml (około 30 ml do każdej probówki). Zamrozić nadsącz w zamrażarce -80 °C lub przejść do następnego kroku.
2. Zagęszczanie i oczyszczanie wektorów
- Odwiruj świeżo pobrany lub rozmrożony nadsącz przy 900 g (około 2000 rpm) przez 10 min, aby usunąć z nadsączu pozostałości komórkowe.
- Podłącz strzykawkę 60 ml do filtra strzykawkowego SFCA 0,2 μm. Przenieś nadsącz z probówki 50 ml do strzykawki. Przefiltruj nadsącz do probówki wirówkowej z polialomeru.
- Pobierz 5 ml 20% sacharozy (przygotowanej w PBS) za pomocą pipety 5 ml. Wprowadź pipetę na dno probówki wirówkowej zawierającej nadsącz. Powoli dodaj roztwór sacharozy pod nadsącz z wektorem. Powtórz te kroki dla nadsączu z kolejnej probówki.
- Odwiruj nadsącz przy 11000 rpm i 4 °C przez 4 h, używając rotora kątowego Beckman SW28.
- Usuń nadsącz. Dodaj 150 μl 4% laktozy (przygotowanej w PBS) do każdej probówki wirówkowej. Resuspenduj osady.
- Przenieś skoncentrowany wektor ze wszystkich probówek wirówkowych do probówki 1,5 ml. Pozostaw probówkę na lodzie na 15 min.
- Wymieszaj zawiesinę wektora poprzez pipetowanie. Odwiruj w mikrowirówce z maksymalną prędkością (około 16000 g) przez 1 min.
- Przenieś nadsącz do nowej probówki 1,5 ml. Podziel końcową próbkę na aliquoty po 20 μl i przechowuj je w zamrażarce w -80 °C.
3. Miareczkowanie wektorów
- Wysiać 5 x 104 komórek HT1080 na dołek w płytce 12-dołkowej w 1 ml pożywki DMEM uzupełnionej o 10% FBS.
- Po inkubacji przez noc policzyć komórki z jednego dołka i określić ich liczbę.
- Przygotować 5-krotne rozcieńczenia szeregowe (1:5, 1:25, 1:125 oraz 1:625) stężonego wektora w pożywce hodowlanej. Dodać 1 μl każdego z rozcieńczeń wektora do oddzielnych dołków. Próbki można wykonać w duplikacie w celu zwiększenia dokładności.
- Dodać 1 μl Polybrene (bromek heksadymetryny) o stężeniu 4 mg/ml do każdego dołka zawierającego wektor oraz do dołka bez wektora. Wymieszać, delikatnie wstrząsając płytką. Inkubować w inkubatorze przez 48 h.
- Usunąć pożywkę z dołków z hodowlą komórkową. Przemyć każdy dołek PBS. Dodać do komórek 250 μl 1x roztworu trypsyny-EDTA. Po odklejeniu się komórek (3-5 min), dodać 1 ml pożywki hodowlanej. Resuspender komórki poprzez pipetowanie. Przenieść zawiesinę komórkową do probówek wirówkowych o pojemności 1,5 ml.
- Wirować przy 900 g przez 6 min. W przypadku wektorów z fluorescencyjnym genem reporterowym (np. GFP), przejść do kroku 3.7 w celu analizy FACS. W przypadku wektorów bez genu reporterowego, przejść do kroku 3.8 w celu analizy qPCR w czasie rzeczywistym.
- W przypadku wektorów zawierających fluorescencyjny gen reporterowy, usunąć nadsącz i resuspender osad w 300 μl 3,7% formaldehydu w PBS. Określić procent komórek pozytywnych pod kątem genu reporterowego za pomocą analizy FACS. Miano zostanie przedstawione jako jednostki transdukcji na mililitr stężonego wektora (TU/ml).

Na przykład, jeśli 1 x 105 komórek zostało transdukowanych 1/25 μl (0,04 μl) wektora i 30% komórek wykazuje pozytywny wynik dla reportera, miano będzie wynosić:

Do obliczenia miana należy użyć wyłącznie tych rozcieńczeń, w których zachodzi liniowa zależność między procentem komórek pozytywnych a ilością dodanego wektora. Końcowe miano powinno być średnią mian uzyskanych z transdukcji co najmniej 2 różnych ilości wektora.
- W przypadku wektorów bez fluorescencyjnego genu reporterowego, należy wyizolować DNA genomowe z komórek HT1080 przy użyciu zestawu QIAamp DNA Mini Kit (Qiagen) zgodnie z protokołem producenta. Sekwencję wektora w DNA genomowym należy namnożyć za pomocą systemu ABI Prism 7000 Sequence Detection System (Applied Biosystems) z użyciem starterów (w regionie HIV-1 PBS/psi 17) 5'-CCGTTGTCAGGCAACGTG-3' oraz 5'-AGCTGACAGGTGGTGGCAAT-3' i sondy TaqMan 5'-FAM-AGCTCTCTCGACGCAGGACTCGGC-TAMRA-3'. Jako kontrolę wewnętrzną namnożono również gen albuminy, który występuje w genomie w jednej kopii (2 kopie/komórkę), stosując startery 5'-TGAAACATACGTTCCCAAAGAGTTT-3' oraz 5'-CTCTCCTTCTCAGAAAGTGTGCATAT-3' i sondę 5'-FAM-TGCTGAAACATTCACCTTCCATGCAGA-TAMRA-3'. Liczbę kopii wektora i albuminy należy określić metodą PCR na płytce 96-dołkowej zgodnie z instrukcją producenta, stosując następujący program: 50 °C przez 2 min, 95 °C przez 10 min oraz 35 cykli: 95 °C przez 15 sec i 60 °C przez 2 min. W celu stworzenia krzywej wzorcowej do ilościowego oznaczenia nieznanych próbek należy również namnożyć dziesięciokrotne rozcieńczenia seryjne plazmidów o znanym stężeniu (wyrażonym jako liczba kopii) zawierających sekwencje matrycowe. Miano zostanie przedstawione jako jednostki integracyjne na mililitr zagęszczonego wektora (IU/ml).

4. Transdukcja kultur neokortykalnych
Kultury neokory zawierające zarówno neurony, jak i glej są przygotowywane z kory mysiej przy użyciu dwuetapowej procedury wysiewu, zgodnie z wcześniejszym opisem 18. Neokory pobrane z myszy płodowych w 14-16 dniu gestation są wysiewane na wcześniej utworzoną warstwę glii w pożywce MEM uzupełnionej o 10% FBS, 20 mM glukozy i 2 mM glutaminy w 24-dołkowej płytce hodowlanej.
- Po 5 dniach in vitro do hodowli neokorykalnej dodać 10 μM cytarabiny (Ara-C) w celu zahamowania podziałów komórek nieneuronalnych. Kontynuować hodowlę komórek przez 2 dni.
- Podgrzewać pożywkę hodowlaną w łaźni wodnej o temperaturze 37 °C przez 5-10 min. Zastąpić pożywkę zawierającą Ara-C świeżą pożywką hodowlaną (500 μl/dołek).
- Do hodowli dodać wektor z wybraną MOI (multiplicity of infection; stosunek liczby cząsteczek wektora do liczby komórek docelowych). Kontynuować hodowlę przez 24 h. W pierwotnych hodowlach korowych stosujemy MOI od 1-10 (zwykle 5).
- Wymienić pożywkę hodowlaną na świeżą. Kontynuować hodowlę. Jeśli w konstrukcie wektora znajduje się gen reporterowy, sprawdzić komórki pod mikroskopem fluorescencyjnym 2 dni po transdukcji. Ekspresja genu reporterowego będzie widoczna w neuronach od 2 do 7 dni po transdukcji, w zależności od projektu wektora i zastosowanej dawki.
5. Reprezentatywne wyniki
Miana wektorów lentiwirusowych otrzymanych zgodnie z tym protokołem mieszczą się w zakresie 108-1010 IU/ml, które nadają się do transdukcji różnych typów komórek ośrodkowego układu nerwowego (OUN) zarówno in vitro i in vivo. Tabela 1 i rycina 2 przedstawiono reprezentacyjny wynik z wykorzystaniem wektorów otrzymanych zgodnie z tym protokołem. Przeprowadzono transdukcję hodowle neocortex myszy z wektorami lentiwirusowymi wykazującymi ekspresję zielonego białka fluorescencyjnego (GFP) pod kontrolą promotora synapsyny (SYN) lub promotora gliałego białka kwaśnego (GFAP). Siedem dni po transdukcji przeprowadzono barwienie immunocytochemiczne w celu znakowania neuronów i astrocytów odpowiednio przeciwciałami anty-NeuN i anty-GFAP. Jak pokazano w tabela 1 i Ryc. 2A, po transdukcji wektorem zawierającym promotor synapsyny, ponad 90% neuronów (NeuN+ komórki) wykazują ekspresję GFP i nie są astrocytami (GFAP+ komórki) wykazują ekspresję tego genu reporterowego. W przypadku zastosowania promotora GFAP w konstrukcie wektora (Rys. 2B), około 80% astrocytów (GFAP+ komórki) wykazują ekspresję GFP; wszystkie GFP+ Komórkami tymi są astrocyty, co potwierdzono poprzez kolokalizację z GFAP oraz brak ekspresji GFP w komórkach znakowanych NeuN. Wyniki te wykazują, że wektory lentiwirusowe są bardzo wydajne w dostarczaniu transgenów do komórek OUN, a specyficzna dla danego typu komórek ekspresja genów jest możliwa do osiągnięcia przy zastosowaniu odpowiednich promotorów.

Rycina 1. Schematyczne przedstawienie lentiwirusowych wektorów opartych na HIV oraz plazmidów opakowujących. Na górze przedstawiono prowirusa HIV-1. Elementy do produkcji wektora są rozdzielone na cztery różne plazmidy. Lentiwirusowy plazmid transferowy zawiera hybrydowy 5' LTR, w którym region U3 został zastąpiony promotorem cytomegalowirusa (CMV), sygnał opakowywania (ψ), sekwencję RRE, centralny trakt polipurynowy (cPPT), gen zainteresowania (np. fluorescencyjny reporter) wraz z wybranym promotorem oraz 3' LTR, w którym sekwencje regulacyjne cis zostały całkowicie usunięte z regionu U3. pMDLg/pRRE zawiera geny gag i pol oraz sekwencję RRE z HIV-1 pod kontrolą promotora CMV. pRSV-Rev zawiera sekwencję kodującą Rev sterowaną przez promotor RSV. pCMV-G zawiera gen białka VSV-G pod kontrolą promotora CMV. PA oznacza sygnał poliadenylacji z ludzkiego genu β-globiny.

Rysunek 2. Ekspresja genów reporterowych w mieszanej kulturze neokory myszy transdukowanej wektorami lentiwirusowymi zawierającymi promotory specyficzne dla typu komórek. Kultury transdukowano wektorami LV-SYN-GFP (A) lub LV-GFAP-GFP (B) przy MOI równym 5. Siedem dni po transdukcji komórki poddano immunobarwieniu przeciwciałem anty-NeuN lub anty-GFAP. Górne panele przedstawiają fluorescencję GFP, środkowe panele przedstawiają immunobarwienie, a dolne panele są obrazami nałożonymi (GFP: zielony; NeuN lub GFAP: czerwony).
| Wektor | Komórki GFP+ w neuronach | GFP+ w astrocytach |
| LV-SYN-GFP | 92.2±7.3 | 0 |
| LV-GFAP-GFP | 0 | 78.3±11.5 |
Tabela 1. Porównanie ekspresji GFP w kulturach nowokory tych mysich po transdukcji wektorami lentiwiralnymi zawierającymi różne promotorya.
aKultury nowokory tych mysich (5 x 105/dołek w płytce 24-dołkowej) poddano transdukcji LV-SYN-GFP lub LV-GFAP-GFP przy MOI wynoszącym 5. Siedem dni po transdukcji kultury utrwalono i poddano barwieniu immunologicznemu na NeuN lub GFAP. Liczbę komórek wykazujących ekspresję GFP oraz NeuN/GFAP policzono na obrazach z 10 pól dla każdego warunku eksperymentalnego. Wartości przedstawiają procent neuronów (komórek NeuN+) lub astrocytów (komórek GFAP+), które wykazywały również ekspresję genu reporterowego GFP. Przedstawione wartości to średnie ± SD z trzech niezależnych eksperymentów.