Przewlekłe zakażenie wirusem zapalenia wątroby typu B (HBV) jest głównym czynnikiem ryzyka przewlekłych chorób wątroby1. Chociaż obecne strategie terapeutyczne opierają się na analogach nukleotydów, które hamują funkcję pola HBV i/lub podawaniu interferonu typu I, który aktywuje odpowiedź immunologiczną u osób zakażonych, a także pośrednio hamuje proliferację HBV poprzez funkcje genów stymulowane interferonem2, terapie te nie mogą całkowicie wyeliminować DNA HBV3. Co więcej, niepokojące jest pojawienie się wirusów HBV, które są odporne na czynniki anty-pol4. Wykazano, że podawanie złożonych leków przeciwwirusowych bezpośrednio ukierunkowanych na różne etapy cyklu życiowego ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV) lub wirusa zapalenia wątroby typu C (HCV) skutecznie hamuje lub eliminuje wirusa. Podobnie jak w przypadku tego pomysłu, opracowanie leków anty-HBV, które działają bezpośrednio na różne etapy cyklu życiowego HBV, jest ważne dla opracowania przyszłych terapii HBV.
Ogólnie rzecz biorąc, stworzenie prostego systemu hodowli in vitro docelowego wirusa ułatwia rozwój środków antywirusowych. Istnieją jednak co najmniej dwie bariery utrudniające rozwój systemów hodowli in vitro do badań przesiewowych przeciwko HBV. Pierwszym z nich jest brak wygodnego systemu hodowli komórkowych in vitro do celów zakażenia/proliferacji HBV. W przeciwieństwie do innych wirusów, takich jak HIV i HCV, które rozmnażają się w ustalonych liniach komórkowych, hodowla HBV in vitro jest trudna ze względu na ograniczenia eksperymentalne, w tym wąski zakres gospodarza. Aby przezwyciężyć te problemy, opracowano zastosowanie specyficznych systemów hodowli komórkowych, takich jak ludzka linia komórkowa wątrobiaka HepaRG, która jest podatna na zakażenie HBV,5,6,7. Co więcej, wykazano, że komórki PXB, wyizolowane z transgenicznego/SCID aktywatora plazminogenu typu urokinazy, zaszczepionych pierwotnym ludzkim hepatocytem (PHH), są podatne na zakażenie i replikację HBV8. Jednak poziomy replikacji HBV w HepaRG zależą od stanu różnicowania komórkowego po hodowli, co może powodować niespójne i niepowtarzalne wyniki poziomów zakażenia/replikacji HBV. PXB jest powszechnie stosowany w eksperymentach z infekcjami HBV, ale jego dostępność jest ograniczona. Linia komórkowa o ekspresji HBV indukowana tetracykliną, HepAD38, jest również szeroko stosowana do badania replikacji HBV, ale system ten pozwala na ocenę tylko po transkrypcji, a nie na etapie wejścia zakażenia HBV9. Niedawne zidentyfikowanie polipeptydu kotransportującego taurocholan sodu (NTCP) jako funkcjonalnego receptora dla HBV pozwoliło na opracowanie zmiennego systemu hodowli HBV10. Rzeczywiście, ekspresja NTCP w niewrażliwych komórkach raka wątroby, takich jak Huh7 i HepG2, umożliwia zakażenie HBV10, a tym samym wybór linii komórkowych podatnych na HBV został rozszerzony, rozwiązując wiele ograniczeń eksperymentalnych. Drugim problemem jest brak prostego systemu testowego do oceny zakażenia i replikacji HBV. Ocenę zakażenia HBV przeprowadza się zwykle poprzez analizę HBV DNA, RNA i białek. Jednak kwantyfikacja tych markerów wirusa jest czasochłonna, często kosztowna i nie zawsze prosta. W związku z tym opracowanie prostego systemu testów, takiego jak wykorzystanie genu reporterowego, może przezwyciężyć problemy związane z systemami oznaczania HBV.
Jednakże, ponieważ rozmiar genomu, który można umieścić w kapsydzie HBV, jest ograniczony — mniej niż 3,7 kb11 — rozmiar genu reporterowego powinien być jak najmniejszy. Co więcej, obecność wielu elementów cis rozsianych po całym genomie, które są niezbędne do replikacji wirusa, ogranicza dostępne pozycje do wprowadzenia genu reporterowego do genomu. W kilku raportach podjęto próbę wprowadzenia obcych genów, w tym HIV-1 Tat, białka zielonej fluorescencji i DsRed, do genomu HBV11,12,13. Jednak te rekombinowane HBV nie są przydatne do badań przesiewowych zakażenia/replikacji HBV ani do wysokoprzepustowych badań przesiewowych czynników wpływających na zakażenie/replikację HBV. Wynika to głównie z niskiej produktywności rekombinowanych wirusów i zmniejszonej intensywności ekspresji genów reporterowych spowodowanej nieefektywną produkcją wirusa.
Aby przezwyciężyć te problemy, skonstruowaliśmy reporter HBV o wysokiej wydajności produkcji wirusa. Wirus ten jest bardzo czuły w monitorowaniu wczesnych etapów cyklu replikacji HBV, od wejścia do transkrypcji. Aby to osiągnąć, NanoLuc (NL) został wybrany jako gen markerowy, ponieważ jest to mały (171 aminokwasów) luminescencyjny reporter14. Co więcej, NL jest około 150 razy jaśniejsza niż świetlik lub lucyferaza Renilla, a reakcja luminescencyjna jest niezależna od ATP, co sugeruje, że wskaźnik fałszywych trafień będzie niski w przypadku badań przesiewowych o wysokiej przepustowości. Wydajność produkcji rekombinowanego wirusa HBV wynosi około 1/5 macierzystego wirusa HBV i jest podobna do poziomów zgłaszanych dla poprzednich wirusów rekombinowanych HBV; jednak jasność NL przezwycięża problemy z produktywnością wirusa, dzięki czemu może być wykorzystana do masowych badań przesiewowych czynników anty-HBV.
Badania przesiewowe czynników anty-HBV przy użyciu hepatocytów pierwotnych, HepaRG, HepAD38 i hepatocytów transdukowanych NTCP mogą być przydatne do badań przesiewowych czynników anty-HBV konwencjonalnymi metodami. Jednak opisany tutaj system ma różne zalety, takie jak prosta obsługa, wysoka czułość i niski koszt badań przesiewowych. Zalety te są odpowiednie dla testów wysokoprzepustowych w celu opracowania i identyfikacji nowych czynników HBV do celów terapeutycznych.