Методическая статья

Высокая пропускная Титрование люциферазы экспрессирующих рекомбинантные вирусы

15.3K просмотров

DOI:

10.3791/51890

19 сентября 2014 г.

В этой статье

Краткое содержание

В этой статье представлен высокопроизводительный метод титрования различных РНК и ДНК-вирусов, основанный на экспрессии люциферазы, с использованием автоматизированных и ручных обработчиков жидкостей.

Аннотация

Стандартные анализы бляшек для определения титров инфекционных вирусов могут занимать много времени, не поддаются большому объему образцов и не могут быть выполнены с вирусами, которые не образуют бляшки. В качестве альтернативы анализу бляшек мы разработали метод высокопроизводительного титрования, который позволяет одновременно титровать большой объем образцов за один день. Этот подход включает в себя заражение образцов вирусом, меченным люциферазой Firefly, перенос инфицированных образцов на соответствующую разрешающую клеточную линию, последующее добавление люциферина, чтение планшетов для получения показаний люминесценции и, наконец, преобразование люминесценции в вирусные титры. Оценка цитотоксичности с помощью красителя для определения метаболической жизнеспособности может быть легко включена в рабочий процесс параллельно и дает ценную информацию в контексте скрининга лекарственных средств. Этот метод обеспечивает надежный, высокопроизводительный метод определения титров вируса в качестве альтернативы стандартному анализу бляшек.

Введение

Классические анализы вирусных бляшек продолжают оставаться основой исследований вирусов, несмотря на то, что они, как известно, отнимают много времени и представляют собой значительное узкое место для получения результатов экспериментов. Появились более быстрые методы непрямого количественного определения вирусов, включая количественную полимеразную цепную реакцию (кПЦР), ИФА и проточную цитометрию1-4. Последние инновации, такие как счетчик вирусов Virocyt, позволяют напрямую подсчитывать вирусы с помощью передовой технологии сортировки в потоке и комбинации белков и красителей ДНК/РНК5. Несмотря на то, что все эти методы, несомненно, ускорили темпы исследования вирусов, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Например, количественная ПЦР может позволить количественно оценить конкретную последовательность вирусного генома, но не может эффективно отличать инфекционные вирусы от дефектных вирионов6. ИФА могут быть очень специфичными, однако требуют подходящих антител против желаемого вирусного белка-мишени и могут быть очень дорогими. Несмотря на то, что технология проточной цитометрии имеет множество преимуществ и значительно улучшена, пропускная способность и доступность узкоспециализированного оборудования, тем не менее, остаются препятствием. Важно отметить, что все эти методы не идеально подходят для высокопроизводительного скрининга, для которого простота и время, необходимые для этапа количественной оценки вируса, имеют решающее значение.

Здесь мы описываем высокопроизводительный и легко автоматизируемый метод титрования вирусов, экспрессирующих трансген люциферазы Firefly (Fluc). Этот метод генерирует приближенные титры вируса в тестовом образце на основе считывания сигнала люминесценции с помощью параллельного использования стандартной кривой известных количеств вируса. Образцы, содержащие неизвестное количество вируса, экспрессирующего люциферазу, переносят на разрешающую клеточную линию «бляшек» параллельно стандартной кривой разведения вируса, и вирус-ассоциированная люминесценция считывается после нескольких часов инкубации. Это позволяет получать быстрые, количественные данные, часто в тот же день, в отличие от классических протоколов анализа бляшек, которые обычно требуют нескольких дней инкубации для ручного подсчета видимых бляшек7-9.

Протокол описывает этапы нашего метода титрования с использованием онколитического вируса везикулярного стоматита, кодирующего трансген Fluc (VSV∆51-Fluc) в качестве примера, и предоставляет обзор 1. Подготовка образцов 2. Покрытие разрешающей клеточной линии для титрования вирусов с помощью автоматизированного дозатора 3. Подготовка вирусной стандартной кривой 4. Перенос супернатантов образца на разрешающую клеточную линию с помощью 96-луночного ручного пипеттора 5. Оценка цитотоксичности образца с помощью реагента на жизнеспособность клеток 6. Приготовление люциферинового субстрата 7. Чтение биолюминесценции и 8. Анализ данных.

Протокол

1 Подготовка образцов

  1. Получение образцов, содержащих люциферазы, экспрессирующих вирус (в данном VSVΔ51-Fluc в качестве примера) для титрования и передачи в 96-луночных планшетах. С другой стороны, выполнение инфекции в 96-луночных планшетах для культуры ткани и использования супернатантов непосредственно.
  2. Оставьте два столбца необработанные для включения стандартных кривых. Для экспериментов сделано непосредственно на 96-луночных планшетах, титр в конце эксперимента (40 ч после инфицирования) или хранить при температуре -80 ° С и титр на более позднем этапе.

2 Получение разрешительных клеток для титрования вируса

  1. 24 ч перед титрованием, приготовить суспензию Vero клеток при концентрации 2,5 × 10 5 клеток / мл в модифицированной Дульбекко среде Игла (DMEM), содержащей 10% фетальной бычьей сыворотки (FBS), 30 мМ HEPES и 1% пенициллина / стрептомицин. ПРИМЕЧАНИЕ: Несмотря на то, этот протокол использует клетки Веро, любой подходящий разрешительный клеточной линией для VSV инфекции могла бе используется.
  2. Семенной 2,5 × 10 4 клеток (100 мкл) в 96-луночных белого твердого вещества плоскодонных планшетах с использованием микропланшет-дозатор.
    1. Подготовьте 12 мл клеточной суспензии на чашку плюс 5 мл для грунтования.
    2. Чистый Диспенсер для микропланшет кассеты с помощью промывки трубки 50 мл стерильной воды.
    3. Заполните Диспенсер для микропланшет линии с клеточной суспензии и пусть 5 мл клеточной суспензии течь через.
    4. Выбор программы, которые будут Распределить 100 мкл в каждую лунку 96-луночного планшета белого стенками. Разливают, и в случае необходимости повторить для дополнительных пластин. Кроме семян несколько скважин в 96-луночный прозрачной плоской нижней плите, если непрозрачные белые-нижней стенками плиты используются для проверки здоровья клеток и плотности.
    5. По завершении операции промойте клетки обратно в оригинальной упаковке. Очистить кассету, выполнив 50 мл 70% этанола с последующим добавлением 50 мл теплой стерильной воды через трубопровод.
    6. Убедитесь кассеты и труб апpropriately чистить между использованием.
  3. Инкубируйте клетки в течение 24 ч при 37 ° С в увлажненной 5% СО 2 инкубатора.

3 Получение вирусных калибровочной кривой

  1. Приготовьте стандартную кривую VSVΔ51-Fluc в бессывороточной DMEM таким образом, что конечная концентрация бляшкообразующих единиц (БОЕ) на мл, после передачи на Vero клетках следующим образом: 10 8 БОЕ / мл, 10 7 PFU / мл, 10 6 БОЕ / мл, 10 5 БОЕ / мл, 10 4 БОЕ / мл, 10 3 БОЕ / мл, 10 2 БОЕ / мл, и 10 1 БОЕ / мл. Подготовка 50 мкл каждой концентрации на тарелку клетках Веро плюс дополнительные 10%.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Титр вируса складе люциферазы нужно будет оцениваться в классическом пути 10 в целях получения стандартной кривой, которая позволит для абсолютного количественного. В противном случае относительное количественное может быть достигнуто без точной информации титра произвольно установки титра вируса на основена стадиях растворения. Например, первый разбавление стандартной кривой может быть установлено равным 10 8 вирусных частей и следующей 1/10 разбавления до 10 7 и так далее. В этом контексте следует выразить значения, сгиба-изменения по сравнению с заранее определенной выборке абсолютного количественного будет не очень точной.

4 Передача образцов супернатантах на разрешительных клеток

  1. Проверка Vero клетки высевали в четко нижней 96-луночного планшета под световым микроскопом, чтобы подтвердить, что монослои, по крайней мере, 95% сливной.
  2. Трансфер 25 мкл образца супернатанта на клетках Веро, посеянных в белых стенками пластин. Не передать супернатантами в 2 колонки, предназначенные для стандартных кривых. Примечание: Это может быть сделано одновременно для всех скважин на одной пластине с помощью обработчика жидкости 96-канала.
  3. Использование 8 или 12-канального пипеттора многоканальный, добавить 25 мкл из каждого разведения стандартной кривой, полученной на стадии 3 в клетках Vero вв 2 назначенные столбцы.
  4. Центрифуга пластины в течение 5 мин при 430 х г при комнатной температуре.
  5. Выдержите в течение 5 часов при 37 ° С в увлажненной 5% CO 2 инкубаторе.

5 Оценка Жизнеспособность клеток

  1. Примечание: При запуске из супернатантов, полученных от инфекции экспериментов, проведенных в прозрачных 96-луночных планшетах, жизнеспособность образец может быть оценена до количественной с индикаторным красителем жизнеспособности клеток, таких как резазурин.
  2. Добавить резазурина в количестве, равном 10% от объема в каждую лунку 96-луночного планшета образцов, содержащих вирус и клетки. Включите клеток только контролирует, а также средств массовой информации только контроля, чтобы определить значения для 100% и 0% жизнеспособность соответственно.
  3. После 2-4 ч (время инкубации будет варьироваться в зависимости от типа клеток и от концентрации коммерчески доступны, либо восстановленного порошка красителя), считывать и записывать сигнал с использованием флуоресцентного планшет-ридера (530-560 возбуждения, 590) излучения. Viabili Сообщить клетокти для образца по формуле Относительная метаболической активности = ((Опытный образец сигнала - отрицательный контроль сигнала) / (сотовый только сигнал управления - отрицательный сигнал управления)) х 100%

6 Подготовка субстрата люциферин

  1. За 30 мин до конца 5 ч инкубации подготовить люциферин, чтобы получить раствор 2 мг / мл в стерильном фосфатно-буферном солевом растворе (PBS). Подготовьте 2,5 мл на чашку плюс дополнительные 2 мл. Защитите решение от света. Примечание: люциферин могут быть также получены ранее в день и хранили при 4 ° С до использования.

7 Чтение Биолюминесценция

  1. После 5 ч инкубации, добавление 25 мкл люциферин в каждую лунку в клетках Веро белых твердых пластин. Добавить люциферин вручную или с помощью автоматизированной дозатора, встроенного в фотометр. ПРИМЕЧАНИЕ: Использование инструмента только одной и конечной точки читает может потребовать включения люциферазы совместимый лизиса BUFFER перед добавлением субстрата люциферин, чтобы улучшить консистенцию.
  2. Читайте тарелки со следующими параметрами:
    1. Встряхнуть в течение 5 сек.
    2. Подождите 30 сек.
    3. Читайте свечение на соответствующем стоимости основных чувствительность / экспозиции. Если опция доступна на инструменте, используйте многоточечный читает (например, 3 х 3 матрицы) для повышения точности.
  3. Запись и сохранить количественно интенсивности биолюминесценции.
  4. Если автоматизированная дозатор был использован для добавления люциферина очистить люциферин и залейте линий с теплой стерильной водой.

Анализ 8. данных

  1. Для получения точных результатов, решить нелинейной регрессии для генерации уравнение Hill от стандартных кривых. Применить это уравнение к оттитрованы образцов для расчета вирусные экспрессионные единицы. Некоторые вирусы или ситуации может привести к стандартной кривой с линейной зависимостью; В этом случае решение для линейного уравнения.

Результаты

Краткая информация о рабочем процессе, описывающей метод высокой пропускной показано на рисунке 1. Рисунок 2 показывает результаты типичного стандартной кривой ofVSVΔ51-Fluc. Четыре-параметр нелинейный регрессионный анализ генерируется сюжет Hill, из которого неизвестно вход бое (оценка титра вируса) может быть интерполированную. Такие ожидаемые титры называют вирусные экспрессионные единицы (ВЭУ). Фиг.3А показывает VEUs и титры получены путем выполнения стандартного бляшек с одних и тех же образцов 10. Образцы возник из эксперимента, где различные химические вещества, используемого для повышения репликации и распространения VSVΔ51-Fluc в 786-0 клеток. VEUs интерполяцией по калибровочной кривой необходимо умножить на коэффициент, который основан на разведении образца супернатантами передаются на клетках Веро (в данном случае, фактор разбавления 5). Линейная корреляция между титрами и ВЭУ показана на рисунке 3B С R 2 из 0,8083 и р балле Пирсона 0,899 (р <0,0001). На рисунке 4, типичные данные цитотоксичности клеток, полученных из метаболического теста показан на 786-0 клетках, обработанных химикатами до заражения VSVΔ51-Fluc. Наконец, 5 показаны типичные стандартные кривые, полученные с различных вирусов (простого герпеса (HSV), вирус коровьей оспы, и аденоассоциированные Вирус (AAV), все выражения люциферазы светляков) и описывает время инкубации и циклов замораживания-оттаивания, по мере необходимости.

figure-results-1
Рис.1 Технологическая схема высокой пропускной вируса титрованием и цитотоксичности с использованием VSV Δ 51-Fluc. (A) Seed 2,5 × 10 4 Vero клеток на лунку (100 мкл) и инкубировали при 37 ° С. (В) 24час спустя передача 25 мкл стандартной кривой на клетках Веро (2 колонки на чашку). (C) Передача 25 мкл образцов для оттитрованы на оставшихся клетках Веро. Центрифуга пластины и инкубировать при температуре 37 ° С. (D) в количестве, равном 10% от объема в скважине, добавить резазурин реагента к пластине, содержащей оригинальные образцы. Планшеты инкубируют при 37 ° С. (E) После 3 ч, чтения и записи флуоресценции и оценки цитотоксичности. (F) После 5 часов, добавляют 25 мкл 2 мг / мл раствора люциферин в каждую лунку клетках Веро. Читайте свечение и рассчитать Вирусные Единицы экспрессии.

figure-results-2
Рисунок 2 Ожидаемый стандартную кривую VSV Δ 51-Fluc. Люциферазы выражение было меняasured 5 часов передачу сообщение супернатантную в пяти различных точках в скважине с помощью фотометра и была выражена биолюминесценции в средних относительных световых единиц (RLU). Средний RLU был заговор против известного вход бое / мл решить нелинейной регрессии и генерировать уравнения Хилла. Средняя из двух кривых повторных и стандартных баров ошибках показаны (R 2 = 0,9993).

figure-results-3
Рисунок 3 Сравнение стандартных бляшек титров с результатами, полученными методом высокой пропускной способностью. (А) Вирусные титры в БОЕ / мл получен стандартным методом бляшек на клетках Веро сравнивали с рассчитанными вирусных титров (ВЭУ / мл) из одних и тех же образцов титровали с использованием высокой пропускной люциферазы. (B) линейная зависимость между VEU / мл и титр получены через стандартный рЛак для анализа. Линейный кривая регрессии и коэффициент детерминации (R 2) показаны.

figure-results-4
Рисунок 4 Пример жизнеспособности. Пример жизнеспособность до передачи супернатант на Vero клетках была определена путем оценки клеточную метаболическую активность с использованием коммерчески доступного резазурин решение. Сырье значения флуоресценции были нормализованы к тому, что из необработанных, неинфицированных скважин.

figure-results-5
Рисунок 5 Ожидаемое стандартные кривые с ВПГ, коровью и AAV вирусов. Люциферазы выражение измеряли при пяти различных точках в скважине с помощью фотометра и была выражена биолюминесценции в средних отнотивные световые единицы (RLU). (А) стандартная кривая ВПГ был добавлен на клетках Веро покрытием 24 ч раньше, при плотности 2,5 × 10 4 клеток на лунку (100 мкл) и измерения люциферазы был сделан 17 ч после supernantant передачи (R2 = 0,9489, п = 1). Уравнение Хилла был создан на основе решения нелинейной регрессии. Стандартная кривая (B) Vaccinia был добавлен на клетках Веро покрытием 24 часа раньше плотность 2,5 х 10 4 клеток на лунку (100 мкл) и выдерживают в течение 2,5 ч при 37 ° С, после чего измерения были сделаны люциферазы (R 2 = 0,9892). Линейное уравнение было сгенерировано с помощью решения для линейной регрессии. (С) AAV стандартную кривую был добавлен на клетках карциномы человека легких (A549) покрытием 24 ч раньше, при плотности 2,5 × 10 4 клеток на лунку (100 мкл) и измерения люциферазы было сделано 24 ч после инфицирования. Уравнение Хилла был создан на основе решения нелинейной регрессии. Средняяиз пяти кривые повторных и стандартные планки погрешностей приведены (R 2 = 0,9926).

Обсуждение

Подход люциферазы основе описано здесь предоставляет ряд преимуществ по сравнению с другими существующими методами в том числе ее простота, быстрота, минимальной потребности оборудования и относительно низкой стоимости. Ключевой вклад в это избегание последовательный стадии разбавления. Тем не менее, последовательные разбавления основе производные этого протокола, безусловно, возможно и недавно были использованы для оценки люциферазы экспрессирующих Эбола титры на экране противовирусной высокой пропускной 11. В то время как по своей природе более трудоемким и более дорогим, такие адаптации может обеспечить более широкий динамический диапазон для количественного определения вирусной когда это необходимо. В дополнение к тому, особенно хорошо подходит для оценки вирусные титры в контексте экранов высокой пропускной, наш один шаг люциферазы на основе вирусной способе количественного генерирует точные оценки инфекционных вирионов в случае репликации вирусов. Кроме того, показания люминесценции наряду с цитотоксичности данных из того же эксперимента дают болееполное представление о влиянии экспериментальных условиях на клетках-мишенях, что особенно полезно в контексте онколитических вирусов и экранов наркотиков.

В приведенном примере проиллюстрировано использует тиражирование негативное РНК вируса одножильному; Тем не менее, этот протокол может быть адаптирован к ряду репликации и не репликации вирусов с несколькими небольшими изменениями протокола. Это включает в себя ДНК вирусов, таких как Vaccinia, HSV, и AAV (рисунок 5). Образцы инфицированных внутриклеточных вирусов, таких как вирус коровьей оспы, например, требует стадии вирус высвобождением перед количественной (например, по меньшей мере, один замораживания-оттаивания). При применении этого метода с другими вирусами, необходимо, чтобы оптимизировать время инкубации от передачи вирусного лизата или надосадочной жидкости к чтению пластин с помощью фотометра. Этот параметр будет зависеть главным образом от цикла репликации вируса в разрешительной клеточной линии и прочности рromoter вождения люциферазы выражение. Лучше всего это делать с помощью полного стандартную кривую на этапе оптимизации. Чтобы сделать это, нужно заразить соответствующий разрешительный клеточной линии с различными повторах подготовленного стандартной кривой и читать друг повторить в другое время указывает После передачи. В идеале, время инкубации точка выбирается, что приводит к линейной зависимости между LOG (RLU) и LOG (титр), охватывающих ожидаемый диапазон образец титра. Для VSVΔ51-Fluc, это, как правило, от 10 4 БОЕ / мл -10 7 КОЕ / мл в течение 5 ч времени инкубации. Если низкие или более высокие титры, как ожидается, из образцов, можно просто увеличить или уменьшить время инкубации соответственно. С другой стороны, образцы могут быть разбавлены, чтобы находиться в пределах, насколько это сделано, как правило, для ELISA.

Как упоминалось выше, этот способ хорошо подходит для выполнения высокой пропускной экраны наркотиков с использованием библиотеки наркотиков, как большинство шагов может быть автоматизирована. Клетки могут быть покрыты еfficiently использованием автоматического Диспенсер для микропланшет, библиотека препарат может быть добавлена ​​с помощью обработчика жидкости 96-канальный, вирус может быть добавлена ​​с помощью микропланшет дозатор и пластины читать с помощью автоматизированной люминометра. В теории, это также может быть адаптирован к 384-луночный или меньших форматах; Однако, ограничение в этом направлении является количество клеток, которые могут быть покрыты, приведенные меньше клетки приводит к более узком диапазоне в линейности LOG (РОС) в LOG (титр) отношения. Наконец, оценки жизнеспособности клеток с использованием резазурин или другие метаболические красители могут быть легко включены в рабочий процесс, позволяя дискриминации цитотоксических соединений в противовирусных экранов или идентификации соединений, которые приводят к синергетическому убийства в сочетании с вирусами 12. Тем не менее, ограничения этого метода включают требование люциферазы трансген, выражающей вируса, что не всегда возможно, и наличие достаточно разрешительной клеточной линии. Тем не менее, вполне вероятно, можно адаптироватьСпособ для использования с другими репортерных генов (например, GFP), при условии, что метод репортер количественное имеет подходящую линейность и отношение сигнал-шум. В общем, описанный способ с высокой пропускной способностью может быть изменен, чтобы удовлетворить различные вирусы и с учетом разнообразных применений.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Ванесса Гарсия финансируется стипендией королевы Елизаветы II Онтарио в области науки и технологий, а Кори Батенчук - стипендией Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Dulbeccos' Modified Eagle's Medium (DMEM)CorningSH30243.01
Фетальная бычья сывороткаNorthBio Inc.NBSF-701
Фосфат буферный физиологический растворCorning21-040-CV
HEPESFisher ScientificBP310-1Приготовьте раствор 1 мМ, pH 7,3
alamarBlue AbD SerotecBUF012B
D-люциферин калийная сольBiotium10101-2
96-луночный твердый белый плоскодонный полистирол обработанные ТС микропланшетыCorning3917384-луночные планшеты также могут использоваться для повышения пропускной способности
Synergy MxBioTekSMTBLМонохроматор микропланшетный ридер
Liquidator96Mettler ToledoLIQ-96-200Ручная система дозирования с 96 наконечниками
Liquidator96 LTS Наконечники, стерилизованные фильтрамиMettler ToledoLQR-200FЛюбые стерильные отфильтрованные наконечники, совместимые с пипетками по вашему выбору, подходят
MicrofloBioTek111-206-21Используется для пластинирования клеток в 96-луночном планшете
Fluoroskan Ascent FLThermo Scientific5210450Флуориметр Microplate

Ссылки

  1. Grigorov, B., Rabilloud, J., Lawrence, P., Gerlier, D. Rapid titration of measles and other viruses: optimization with determination of replication cycle length. PLoS One. 6 (e24135), (2011).
  2. Lizee, G., et al. Real-time quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction as a method for determining lentiviral vector titers and measuring transgene expression. Hum Gene Ther. 14, 497-507 (2003).
  3. McSharry, J. J. Uses of flow cytometry in virology. Clin Microbiol Rev. 7, 576-604 (1994).
  4. Watcharatanyatip, K., et al. Multispecies detection of antibodies to influenza A viruses by a double-antigen sandwich ELISA. J Virol Methods. 163, 238-243 (2010).
  5. Dawson, E. Rapid, Direct Quantification of Viruses in Solution Using the ViroCyt Virus Counter. Journal of Biomolecular Techniques. 23 (S10), (2012).
  6. Snyder, R. O. AAV and RT-PCR: true or false. Mol Ther. 1, 389-390 (2000).
  7. Diallo, J. S., Roy, D., Abdelbary, H., De Silva, N., Bell, J. C. Ex vivo infection of live tissue with oncolytic viruses. J Vis Exp. 52, (2011).
  8. Gaush, C. R., Smith, T. F. Replication and plaque assay of influenza virus in an established line of canine kidney cells. Appl Microbiol. 16, 588-594 (1968).
  9. Green, M., Loewenstein, P. M. Human adenoviruses: propagation, purification, quantification, and storage. Curr Protoc Microbiol. 14 (14C 11), (2006).
  10. Diallo, J. S., Vaha-Koskela, M., Le Boeuf, F., Bell, J. Propagation, purification, and in vivo testing of oncolytic vesicular stomatitis virus strains. Methods Mol Biol. 797, 127-140 (2012).
  11. Hoenen, T., Groseth, A., Callison, J., Takada, A., Feldmann, H. A novel Ebola virus expressing luciferase allows for rapid and quantitative testing of antivirals. Antiviral Res. 99, 207-213 (2013).
  12. Diallo, J. S., et al. A high-throughput pharmacoviral approach identifies novel oncolytic virus sensitizers. Mol Ther. 18, 1123-1129 (2010).

Перепечатки и разрешения

Теги

Титрование вируса с помощью люциферазывысокопроизводительный вирусный анализизмерение титра вирусадетектирование биолюминесценциианализ жизнеспособности клетоканализ стандартной кривойинфицирование клеток Veroвирус с люциферазой светлякаоценка цитотоксичностимногоканальное пипетирование