Summary
Lentiviruses הם כלי מחקר חשוב לחקר תפקוד הגנים, אולם החוקרים מומלץ להימנע הייצור של קידוד lentivirus pantropic ידוע או אונקוגנים חשד. כחלופה, אנו מציגים פרוטוקול בטוחה יותר לשימוש lentivirus ecotropic על תאים אנושיים שונה לבטא את mSlc7a1 קולטן ecotropic.
Abstract
גזע סרטניים ביולוגיה מחקרים תא לעיתים קרובות דורשים התמרה ויראלית של תאים אנושיים עם אונקוגנים ידועים או חשודים, העלאת בעיות בטיחות מרכזי אנשי המעבדה. Lentiviruses Pantropic, כגון נפוץ VSV-G pseudotype, הם כלי רב ערך ללימוד פונקציה גן משום שהם יכולים transduce סוגי תאים רבים, כולל תאים שאינם מתחלקים. עם זאת, החוקרים עשויים לרצות להימנע ייצור צנטריפוגה של וירוסים pantropic קידוד אונקוגנים עקב גבוה טיפול biosafety דרישות לרמה בעיות בטיחות. אונקוגנים מספר חזק, כולל c-myc ו SV40 אנטיגן T גדול, ידועים כדי לשפר את הייצור של המושרה בתאי גזע pluripotent (iPSC). כל שאר ידוע iPSC וישכנע שינויים גנטיים (OCT4, Sox2, KLF4, Nanog, LIN28, ואובדן של תפקוד p53) יש גם קישורים סרטן, מה שהופך אותם דאגה בטיחות גבוהה יחסית גם כן.
בעוד אלה הקשורים לסרטן וירוסים מועילים ללמוד תכנות מחדש הסלולר pluripotency, יש להשתמש בהן בבטחה. כדי לטפל בבעיות אלה biosafety, אנחנו מדגימים שיטה התמרה של תאים אנושיים עם lentivirus ecotropic, עם דגש נוסף על עלות מופחתת וטיפול נוח. יש לנו המיוצר lentivirus ecotropic עם כייל גבוה מספיק כדי transduce יותר מ 90% של קולטן להביע תאים אנושיים שנחשפו לנגיף, תוקף את היעילות של גישה זו.
Lentivirus מרוכזת לעתים קרובות על ידי ultracentrifugation, אך תהליך זה לוקח כמה שעות יכול לייצר אירוסולים זיהומיות לחוקרים ביו האדם. כחלופה, חלקיקים נגיפיים יכול להיות משקעים בצורה בטוחה יותר על ידי תאים complexation עם סולפט כונדרואיטין ו polybrene (CS / PB). טכניקה זו מגבירה את titer ויראלי פונקציונלי עד פי 3 בתאים ביציבות לבטא קולטן רטרווירוס Murine, עם הזמן הוסיף העלות זניחה. התמרה של fibroblasts עורי האנושי (HDFS) היא משופרת מקסימאלי באמצעות CS / PB ריכוזים של פי כ -4 נמוך יותר משווי אופטימלי שדווח קודם לכן על שורות תאים סרטניים, טוען כי ריכוז הפולימר צריך להיות טיטרציה עבור סוג תא היעד של עניין. לפיכך, אנו מתארים את השימוש methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium ברומיד (MTT) כדי assay רעילות פולימר בסוג התא החדש. אנו צופים הכדאיות המקבילה של HDFS לאחר התמרה ויראלית או באמצעות complexation פולימר או את המינון הסטנדרטי של polybrene (PB, 6 מיקרוגרם / מ"ל), המעיד רעילות חריפה מינימלית.
בפרוטוקול זה, אנו מתארים את השימוש lentivirus ecotropic עבור overexpression של אונקוגנים בתאים אנושיים, הפחתת סיכונים biosafety והגדלת שיעור התמרה. אנחנו גם מדגימים את השימוש complexation פולימר כדי לשפר התמרה תוך הימנעות אירוסול יוצרי צנטריפוגה של חלקיקים נגיפיים.
Discussion
רקומביננטי gammaretrovirus ecotropic מבוסס על וירוס Murine לוקמיה Moloney (MLV) ו mSlc7a1 הקולטן שלה נלמדים היטב הנפוצה, לאחר ששימש במשך 20 שנים כדי לספק transgenes לתאי Murine. Gammaretrovirus Ecotropic שימש גם ולאחרונה לספק אונקוגנים לתאי האדם;. בהקשר של תכנות מחדש הסלולר, השימוש mSlc7a1 להימנע דור של הנגיף amphotropic מחסה אונקוגנים האנושי מבוסס היטב 4,5 עם זאת, lentivirus מספק יתרונות משמעותיים על פני gammaretrovirus ב transducing אוכלוסיות תאים עקשן, 6 תאים ראשוניים כולל שלעתים קרובות מטרות רצוי תכנות מחדש, משום מורכבות lentiviral מראש השילוב מאפשר התמרה של אי חלוקת התאים. 7
Lentiviruses הופקו עשרות pseudotypes שונים, לרבות MLV, בניסיון לשנות כמיהות וירוס, רעילות, ונכסים אחרים. 8 MLV-pseudotyped lentivirus ecotropic שימש transduce בתאי עכבר, 9 אך לעתים רחוקות נעשה שימוש על תאים אנושיים . 10 לפיכך, אנו מציעים את השימוש lentivirus MLV-pseudotyped ecotropic ככלי עלות בטוח, יעיל, היעילה ביותר, כדי לספק אונקוגנים ידועים או חשודים, כולל תכנות מחדש גורמים הסלולר, על תאים אנושיים.
זה קריטי לציין כי פרוטוקול זה לא לגמרי מבטל את הצורך לייצר ולהשתמש lentivirus pantropic, אלא פרוטוקול זה מפריד בין אונקוגן (ים) מן הנגיף pantropic, בידוד חוקרים פוטנציאל עצמית חיסון סרטן הקשורים וירוסים. MSlc7a1 חלבון hSlc7a1 homologue האנושי שלה באים לידי ביטוי בכל מקום בגוף מובילי חומצת אמינו עם tumorigenicity לא ידוע או היכולת להעניק יתרון צמיחה סלקטיבית על תאים הנמען, 11 mSlc7a1 קבלת סיכון נמוך יחסית עבור הכללתו וירוס amphotropic. זהו צעד נוסף עשוי להיות שימושי במיוחד במעבדות חסר וירוס ייעודי או מתקני תרבות רקמות רמת biosafety הנדרש.
במצבים מסוימים זה עשוי להיות אפשרי כדי לבטל לחלוטין את השימוש וירוס pantropic ידי transfecting Slc7a1 הפלסמיד ישירות לתוך התאים היעד, אולם תאים רבים זה יהיה שימושי מטרות של טכניקה זו גם עקשן transfection. כחלופה, את היכולת לבודד Slc7a1-transduced תאים על ידי בחירת blasticidin כלומר VSV-G lentivirus pseudotyped ניתן להשתמש פעם אחת כדי ליצור מלאי של קולטן להביע תאים, לאחר וירוס ecotropic ניתן להשתמש באופן שגרתי transduce תאים אלו עבור רבים ניסויים. חוקרים צריך תמיד לעקוב אחר הנחיות הבטיחות המוסדי שלהם לעבודה עם lentivirus, ללא קשר כמיהות שלה.
Titers של הנגיף ecotropic שהושגו עם פרוטוקול זה בינוני נמוך יותר מאשר וירוס VSV-pseudotyped, בדרך כלל 10-20% של כייל הנגיף pantropic, בהסכם עם מחקרים קודמים. 9 titers אלה נמדדו בתאים אנושיים ביציבות transduced עם Slc7a1, כך נמוך יותר titer שנצפה עבור וירוס ecotropic יכול להיות גם בגלל ביטוי מגוון של הגן לקולטן בתאי המטרה. עם זאת, titers ויראלי להשיג בפרוטוקול שלנו הם יותר מהדרוש עבור מרבית היישומים להוביל התמרה של רוב התאים, במקרים מסוימים> 90% של תאים.
צנטריפוגה מבוססי טכניקות משמשות להתרכז חלקיקים נגיפיים. עם זאת, צנטריפוגה דורש מספר שעות, מייצר אירוסולים זיהומיות, והוא יכול לגרום לאובדן משמעותי של חלקיקים נגיפיים. 12 כחלופה, complexation עם CS / PB יכול לשמש כדי לשפר התמרה מבלי לשנות כמיהות ויראלי. 3 שיטה זו היא מהירה (5 דקות ) וזול (0.03 דולר וירוס 10 מ"ל), בעוד בערך tripling titer ציין. אין ציוד מיוחד או חומרים כימיים קניינית נדרשים, ואנחנו נצפתה רעילות חריפה לאחר חשיפה מינימלית של HDFS ל CS / PB, בהסכם עם העבודה הקודמת שורות תאים אחרים. 13 חסרון אחד הפוטנציאל של פרוטוקול זה הוא חלק מתחמי לעין מיקרוסקופית פולימר לדבוק התאים במשך כמה ימים בתרבות. אנחנו לא יכולים לשלול את האפשרות כי קומפלקסים אלה, ואילו לא רעיל בגלוי על התאים, עלולות להיות השפעות עדינות יותר על תהליכים תאיים.
כאן יש לנו תיאר מתודולוגיה בבטחה וביעילות transducing תאים אנושיים עם גורמים בשעור. גישה זו צריכה להיות תועלת גדולה לחוקרים ללמוד אונקוגנים ו ביולוגיה של התא גזע כולל בתאי iPS.
Disclosures
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
Acknowledgments
המימון לפרויקט זה סופק על ידי מכון קליפורניה עבור רפואה רגנרטיבית.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| pLenti6/UbC/mSlc7a1 | Addgene | 17224 | Murine MLV receptor |
| pMD2.G | Addgene | 12259 | VSV-G envelope |
| pCMV-dR8.91 | Addgene | D. Trono lab14
Packaging plasmid (equivalent plasmid psPax2 is available from Addgene, Cat. Number 12260) |
|
| pHCMV-Ec–nv | Addgene | 15802 | Ecotropic envelope |
| FUGW | Addgene | 14883 | GFP control plasmid |
| OptiMEM | Invitrogen | 31985 | |
| Fugene HD | Roche Group | 04 709 705 001 | |
| Hexadimethrine bromide (Polybrene) | Sigma-Aldrich | H9268 | |
| Chondroitin sulfate sodium salt from shark cartilage | Sigma-Aldrich | C4384 | |
| Blasticidin S | Fisher Scientific | BP 2647100 | |
| Methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) | Sigma-Aldrich | M2128 | |
| Igepal CA-630 | Sigma-Aldrich | I3021 |
References
- Davis, H. E., Rosinski, M., Morgan, J. R., Yarmush, M. L. Charged polymers modulate retrovirus transduction via membrane charge neutralization and virus aggregation. Biophys J. 86, 1234-1242 (2004).
- Marino, M. P., Luce, M. J., Reiser, J. Small- to large-scale production of lentivirus vectors. Methods Mol Biol. 229, 43-55 (2003).
- Landazuri, N., LeDoux, J. M. Complexation of retroviruses with charged polymers enhances gene transfer by increasing the rate that viruses are delivered to cells. J Gene Med. 6, 1304-1319 (2004).
- Ohnuki, M., Takahashi, K., Yamanaka, S. Generation and characterization of human induced pluripotent stem cells. Curr Protoc Stem Cell Biol. 4, 4A.2-4A.2 (2009).
- Hotta, A. EOS lentiviral vector selection system for human induced pluripotent stem cells. Nat Protoc. 4, 1828-1844 (2009).
- Reiser, J. Transduction of nondividing cells using pseudotyped defective high-titer HIV type 1 particles. Proc Natl Acad Sci U S A. 93, 15266-15271 (1996).
- Cullen, B. R. Journey to the center of the cell. Cell. 105, 697-700 (2001).
- Cronin, J., Zhang, X. Y., Reiser, J. Altering the tropism of lentiviral vectors through pseudotyping. Curr Gene Ther. 5, 387-398 (2005).
- Schambach, A. Lentiviral vectors pseudotyped with murine ecotropic envelope: increased biosafety and convenience in preclinical research. Exp Hematol. 34, 588-592 (2006).
- Koch, P., Siemen, H., Biegler, A., Itskovitz-Eldor, J., Brustle, O. Transduction of human embryonic stem cells by ecotropic retroviral vectors. Nucleic Acids Res. 34, e120-e120 (2006).
- Yoshimoto, T., Yoshimoto, E., Meruelo, D. Molecular cloning and characterization of a novel human gene homologous to the murine ecotropic retroviral receptor. Virology. 185, 10-17 (1991).
- Cepko, C. Large-scale preparation and concentration of retrovirus stocks. Curr Protoc Mol Biol. Chapter 9, Unit 9.12-Unit 9.12 (2001).
- Doux, J. M. L. e, Landazuri, N., Yarmush, M. L., Morgan, J. R. Complexation of retrovirus with cationic and anionic polymers increases the efficiency of gene transfer. Hum Gene Ther. 12, 1611-1621 (2001).
- Zufferey, R. Self-inactivating lentivirus vector for safe and efficient in vivo gene delivery. J Virol. 72, 9873-9880 (1998).
