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Immunology and Infection

Konformationsänderungen Auswertung der HIV-1-Trimeric Hüllglycoproteine ​​mit eine Handy-basierte ELISA-Test

Published: September 14, 2014 doi: 10.3791/51995
* These authors contributed equally

Introduction

Human Immunodeficiency Virus Typ 1 (HIV-1)-Eintrag, der trimeren viralen Hüll-Glykoproteine ​​(env) vermittelten ist der erste Schritt des Infektionszyklus. Die einzige Virusantigen exponiert an der Oberfläche des Virions präsentiert, löst das Env-Trimer neutralisierende und nichtneutralisierenden Antikörpern. Als solches stellt es einen interessanten Kandidaten für Impfstoff-Immunogen-Design. Allerdings Impfung Studien mit Env in löslicher oder rekombinanten Formen hervorgerufen Antworten mit nur minimaler Wirkung gegen die meisten primären HIV-1-Isolate 1-3. Dennoch Teil Wirksamkeit bei der RV144-Impfstoff-Studie 4 erneutes Interesse an HIV-1 Env als Immunogen Kandidaten beobachtet. Dies wurde durch eine neuere Studie beschreibt die Impfung ausgelöste Anti Env-Antikörpern waren ausreichend, um einen gewissen Schutz gegen SIV und HIV erzeugen Herausforderungen 5 bestätigt.

Nachdem sie im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert, das Env glycoprotein Vorläufers gp160, läuft verschiedene post-translationale Modifikationen, die entscheidend für seine Fähigkeit, das virale Fusionsprozess Brennstoff. Die Env-Vorläufer muss ordnungsgemäß und Associate in Trimeren falten, bevor er in seine extra-zytoplasmatische gp120 und gp41 Transmembranuntereinheiten 6-10 gespalten, mit nicht-kovalente Wechselwirkungen Aufrechterhaltung des gp120-gp41 Liaison. Die infizierten Zellmaschinerie ist auch für stark Glykosylierung Env, umfassend etwa 50% seiner Gesamtmasse 11,12 verantwortlich. Die daraus resultierende komplexe Struktur ermöglicht Env zu konformativ flexible 13,14 sein, während eine Metastabilität, die gedacht wird, damit Env, sich anzupassen und bestimmte hoch immunogene Epitope, die sonst ausgesetzt wäre 15-19 verstecken, was die Bedeutung, die verschiedenen Konformationen besser zu verstehen von der einheimischen Env Trimer abgetastet.

Bisher wurden verschiedene Techniken entwickelt und erfolgreich eingesetzt, um Env Konformationsänderung CH studierenanges. Allerdings unterscheiden sie sich in ihren Grenzen, wobei oft auf spezifische Kontexte Env beschränkt. Zum Beispiel, Oberflächenplasmonresonanz oder Immunpräzipitationstests Verwendung Konformation spezifischer monoklonaler Antikörper (mAb), beruhen entweder auf monomeren löslichen oder gelösten Moleküle Env, die bekannt sind immungene anders als ihre trimeren Formen 20,21 sein. Neuere Studien legen nahe, dass die Spaltung auch beeinflusst Env Konformationen was die Exposition von Epitopen hauptsächlich von nichtneutralisierenden Antikörpern erkannt 14,22,23.

Hier beschreiben wir ausführlich eine Methode, die für schnelle und einfache Bestimmung der Konformation von zellulär-Env-Trimere 18,24-26 ausgedrückt ermöglicht. Nach transienter Transfektion von Env in einem menschlichen adhärenten Zelllinie die Bindung von Env-spezifische Antikörper wird mit einem einfachen Chemilumineszenzreaktion nachgewiesen. Diese Technik kann auch verwendet werden, um die bevorzugte Konformation des charakterisieren konformationsabhängiger DEPENdent Antikörper. Somit stellt dieser Test ein robustes und hoch flexibel Nachweisverfahren.

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Protocol

1. Tag 1 - Cell Culture

  1. Platte 2 × 10 4 menschliche Osteosarkom (HOS)-Zellen pro Vertiefung in einer lichtundurchlässigen, 96-Well-Zellkulturplatte für Lumineszenz Lesen. Verwenden Dulbeccos Modified Eagle Medium (DMEM) mit 10% fötalem Rinderserum (FBS) und 100 U / ml Penicillin-Streptomycin ergänzt. Inkubieren bis zum nächsten Tag bei 37 ° C, 5% CO 2.

2. Tag 2 - Polyethylenimin (PEI) Transfektion

  1. Vorbereitung Transfektionsgemisch nach den nachfolgenden Schritten. Einzustellen Reagenzien und DNA-Mengen entsprechend der Anzahl von Vertiefungen, die mit dem gleichen Env transfiziert werden.
  2. Rohr A: In 10 ng Tat-kodierenden Plasmid (wie PTAT--III 27) und 150 ng Env-kodierenden Plasmid bis 5 ul DMEM mit 25 mM HEPES.
  3. Die Tat-kodierenden Plasmid ist nur bei Verwendung Tat-abhängigen Env-kodierenden Plasmide wie pSVIII erforderlich.
  4. Rohr B: In 450 ng PEI (von A 1ug / ul-Lösung) und 5 ul DMEM.
  5. Inhalte hinzufügen von Rohr zu Rohr B A. Mix gründlich durch Vortexen für 10 sec und Inkubation Transfektionsmischung 10 min bei Raumtemperatur (22 ° C).
  6. Werden 10 ul der Transfektionsgemisch pro Well der 96-Well-Platte. Inkubation für 48 Stunden bei 37 ° C, 5% CO 2.

3. Tag 4 - ELISA

  1. Führen Sie alle Experimente bei Raumtemperatur, um mögliche Endozytose von Env / Antikörper-Komplexe zu minimieren.
  2. Bereiten Sie 250 ml Waschpuffer pro Platte zur gleichen Zeit eingesetzt. Waschpuffer ist 1x Tris-gepufferter Salzlösung (TBS), pH 7,5 (50 mM Tris-Cl, pH 7,5, 150 mM NaCl) mit 1 mM MgCl 2 und 1,8 mM CaCl 2 ergänzt.
  3. Bereiten Sie 125 ml Blockierungspuffer pro Platte durch Zugabe von 1% fettfreie Trockenmilch und 5 mM Tris pH 8,0 bis Waschpuffer.
  4. Entfernen von Zellkulturmedien und Transfektionsgemisch (Überstand) von 96-Well-Platte.
  5. Mit 100 μ; L Blockierungspuffer pro Well und Inkubation 20 min bei RT.
  6. Überstand entfernen und 50 ul Antikörper (oder Serum) pro Vertiefung, auf eine geeignete Konzentration in Blocking-Puffer verdünnt. Typischerweise verwenden eine Konzentration von 1 pg / ml. Inkubiere 1 h bei RT.
  7. Wasch 3x mit 100 ul Blocking Buffer und wiederholen Waschprozess 3x mit 100 ul Waschpuffer.
  8. Überstand entfernen, 100 l Blocking Buffer, und Inkubation 5 min bei RT.
  9. Überstand entfernen und 50 ul sekundären Antikörper, verdünnt 1/3000 in Blocking-Puffer. Variieren optimale Antikörper Verdünnung nach Hersteller Unterschiede. Inkubieren 40 min bei RT.
  10. Wasch 3x mit 100 ul Blocking Buffer und wiederholen Waschprozess 3x mit 100 ul Waschpuffer.

4. Datenerfassung

  1. Überstand entfernen von der Platte, und fügen Sie 30 ul 1x verstärkte Chemilumineszenz (ECL)-Substrat pro Vertiefung.
  2. Chem erwerbeniluminescence Signal für 1 sec / gut auf eine geeignete Platte-Leser nach den Anweisungen des Herstellers. Lesezeit kann je nach Hardware-Unterschiede abweichen.

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Representative Results

Unter Verwendung der oben beschriebenen allgemeinen Verfahren, passen wir das Protokoll, um die Auswirkungen von löslichen CD4 (sCD4) und coexprimierten zellulären CD4 über die Exposition der CD4i Epitope auf entweder Wildtyp (wt) oder mutierten Env zu testen, wie zuvor beschrieben, 18,24, 25,28. Abbildung 1 Die allgemeine Verfahren und die Exposition von CD4i Epitope nach der Behandlung mit sCD4 oder durch Co-Expression von zellulären CD4 18 schematisch. In 2 sCD4 verwendet wir Env Konformationsänderungen, die CD4i mAbs 17b und 48d, die die Epitope Korezeptor-Bindungsstelle überlappen 24,29 aussetzen zu induzieren, während die äußere Bereichserkennungs mAb 2G12 wird durch diese Behandlung nicht beeinträchtigt, wie erwartet 18,24.

Die Auswirkungen von Punktmutationen in Env Konformation kann auch in diesem Test bewertet werden, wie in Abbildung 3 dargestellt. Hier verwendeten wir entweder die Schicht 1-env-Mutante H66A, bekannt, eine Abnahme habend Neigung, spontan abzutasten, die den CD4-gebundene Konformation 18,24,30,31 oder eine Mutante (S375W), die Env an den CD4-gebundenen Zustand prädisponiert und 32 erhalten übereinstimmende Ergebnisse (3A). In Fällen, in denen verschiedene Env-Expressoren verwendet werden, ist es oft erforderlich, die Rohdaten als relative Lichteinheiten (RLU) nach Expressionsniveaus exprimiert normalisieren. In diesem Fall verwendet man PGT121, einen mAb Erkennungsteil des Env-Glykan Abschirmung 33-35, als Normierungs Antikörper (Abbildung 3b).

Wie wir vor kurzem beschrieben 18, Interaktion von Env und CD4 in der gleichen Zelle führt zu Konformationsänderungen, die CD4i Epitope aussetzen env. In 4 cotransfiziert man steigende Mengen des CD4-Expressor mit Env in zellbasierten Assays ELISA und erhaltenen Signale zur Erhöhung CD4i mAb A32 und C11 18,36-38, die diskontinuierliche Epitope in der inneren Domäne von GP12 erkennen0, während Env Anerkennung durch die Konformationsänderung unabhängige 2G12 Antikörper war nicht betroffen (4A). Um die Transfektionseffizienz zwischen Bedingungen zu steuern, wurde Rohdaten 2G12 (4B) normalisiert. Erhöhte Signale für A32 und C11 erhaltenen Antikörper hing von Env-CD4-Interaktion, wie durch die Abwesenheit von A32 und C11-Modulation angegeben, wenn Env wurde mit einer CD4-Mutante (F43H) mit verminderter Fähigkeit zur Env 39 interagieren cotransfiziert.

Figur 1
Abbildung 1. Schematische Darstellung der anti-Env zellbasierten ELISA. (A) Allgemeines Schema des Verfahrens, in dem HOS-Zellen transfiziert, um trimeren Env auf der Zelloberfläche exprimieren. Env Konformation kann dann durch die Verwendung unterschiedlicher Antikörper, die spezifisch abgetastet werdenKonformationen (wie CD4i mAbs). Signale werden durch Chemilumineszenz nach Anfärbung mit HRP-konjugiertem Anti-Human-mAb erkannt werden. sCD4 (B) oder die Koexpression von zellulären CD4 (C) kann verwendet werden, um Env Konformationsänderungen, die Belichtung CD4i Epitope führen zu induzieren.

Figur 2
Abbildung 2. sCD4 induziert Env Konformationsänderungen eine Expositions CD4i Epitope. Wechselwirkung von sCD4 mit HIV-1-CO-JRFL ACt Env verbessert die Erkennung durch Antikörper gegen Epitope CD4i (17b, 48d), aber nicht von der äußeren gp120-Domäne erkennen Antikörper 2G12. Ein Plasmid, HIV-1-CO-JRFLΔCT Env kodiert, wurde in jede Vertiefung transfiziert und 48 Stunden später wurden die Zellen für 30 min bei RT inkubiert, gewaschen und in Gegenwart oder Abwesenheit von 4 ug / ml sCD4 vor continuing mit dem Standardprotokoll (Tag 4 - ELISA). Env-Konformation wurde dann durch Inkubation mit 0,25 ug / ml 2G12, 1 ug / ml 17b oder 48d gegen Env mAbs für 1 h bei RT sondiert. Signale wurden durch Chemilumineszenz nach Inkubation mit einem HRP-konjugierten Anti-Human-Antikörper für 45 min bei RT nachgewiesen. Dargestellt sind die mittleren RLU-Werte ± SD von sechs Wiederholungen mit Signal aus Brunnen mit einem irrelevanten transfiziert erhalten (keine Env) subtrahiert. Daten repräsentieren Ergebnisse in drei unabhängigen Experimenten erhalten, mit Bedeutung von Zwei-Wege-ANOVA getestet (ns, nicht signifikant; **** p <0,0001).

Figur 3
Abbildung 3. Die Modulation der Env-Konformation. HIV-1 YU2 ACt Schicht 1 Env-Mutante (H66A) vermindert CD4i 17b Anerkennung, während die Variante Ausstellung S375Ws erhöht Signal und 17b ist ausreichend, um den Phänotyp der Schicht 1-Mutante wiederherzustellen. (A) RLU-Werte der unter Verwendung von Anti-Env PGT121 und 17b mAbs erhaltenen Signale. (B) PGT121 normierten Signale CD4i mAb 17b nach der Behandlung mit oder ohne sCD4. Gezeigt sind die Mittelwerte ± SD von Dreifachansätzen mit Signal von Vertiefungen, die mit einem irrelevanten Plasmid transfiziert (kein Env) subtrahiert. Daten repräsentieren Ergebnisse in drei unabhängigen Experimenten erhalten, mit Bedeutung von Zwei-Wege-ANOVA getestet (** p <0,01; *** p <0,001; **** p <0,0001).

Figur 4
Abbildung 4. Koexpression von zellulären CD4 verbessert Anerkennung durch CD4i Antikörper. Eine CD4-kodierenden Plasmid wurde mit HIV-1 Env YU2 ACt um die Gunst kotransfiziertdie CD4-gebundenen Konformation 18. (A) RLU-Werte der unter Verwendung von Anti-Env 2G12, A32 oder C11 mAb und Anti-CD4-mAb OKT4 erhaltenen Signale. (B) 2G12-normierten Signale von CD4i mAb A32 und C11. Gezeigt sind die Mittelwerte ± SD von Dreifachansätzen mit Signal von Vertiefungen, die mit einem irrelevanten Plasmid transfiziert (kein Env) subtrahiert. Daten repräsentieren Ergebnisse in drei unabhängigen Experimenten erhalten. Grau Leiste zeigt in Abwesenheit von CD4, dass die zunehmende blaue Balken zeigt eine stufenweise Erhöhung der Menge der CD4 Expressors ist transfiziert (1,7 ng, 3,5 ng und 7 ng) und rote Balken zeigt die Transfektion einer CD4-Mutante (F43H , 7 ng) mit einer verminderten Fähigkeit, dem gp120 interagieren.

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Discussion

Dieser Assay ist optimiert, um die Wechselwirkung von spezifischen mAbs mit HIV-1 Env trimere exprimiert auf der Zelloberfläche erkennen. Sobald das Protokoll festgelegt wurde, kann es bei mittleren bis hohen Durchsatz bei geringen Gesamtmaterialkosten und geringe Mengen von Antikörpern verwendet werden. Da dieser Test ist Transfektion basiert, kann es leicht zur Koexpression der zellulären Proteine ​​wie CD4, um ihre Auswirkungen auf die Konformation Env studieren angepasst werden.

Jedoch die Transfektion Basis dieses Protokolls bedeutet auch, dass es eine der wichtigsten Fallen. Zunächst einmal, um Antigene mit dieser Technik untersucht werden müssen sein in einem unabhängigen Expressionsvektor zur Verfügung. Als solches würde env-Gene aus verschiedenen klinischen Quellen oder provirale Konstrukte müssen in Säugetier-Expressionsvektoren subkloniert werden. Während in voller Länge proviralen Konstrukte können auch bei dieser Technik verwendet werden (siehe Veillette et al. 18), bedeutet auch dieser Aktive Viruspartikel Produktion, die so Arbeit in geeigneten Einrichtungen biocontainment erfordern.

Darüber hinaus ist der Erfolg dieser Technik vertraut mit Transfektionseffizienz verbunden. Low-Signale erhalten werden, sind oft aufgrund der schlechten Ausdruck von transfizierten Antigene. Typische Fehlerquellen sind hochwertige Plasmid-DNA, Transfektion Reagenzien. und Zellen Fähigkeit. Falls erforderlich, kann die Optimierung der Transfektion Bedingungen auch unter Verwendung anderer Techniken, wie Durchflusszytometrie oder Western-Blotting werden. Zu beachten ist, ist es auch wichtig zu wissen, dass die Expression von einigen Env-Konstrukte könnte suboptimal sein und könnte daher die Technik der Ergebnisse beeinflussen.

Hier haben wir uns auf Sondieren HIV-1 Env-Konformation Verwendung der zuvor beschriebenen CD4i mAb. Diese Einstellung ermöglicht eine breite Palette von Analyse, wie die Erforschung der Wirkung von Env Punktmutationen oder den Folgen von Konformationsänderungen coexprimierten Proteinen. Darüber hinaus beschrieb er die TechnikRe kann auch gut charakterisierte Env-Mutanten mit unterschiedlichen konformativen Neigung, um die Spezifität der verschiedenen mAbs für verschiedene Env Konformationen Sonde verwendet werden. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Charakterisierung der neu isolierten mAb zwar nicht hoch spezialisierte Ausrüstung und Know-how erfordert.

Obwohl wir nur verwendet werden, diese Methode gegen Env aus verschiedenen HIV-1-Subtypen und andere nahe Verwandte Linien (HIV-2, SIV / Mac) 18, glauben wir, dieser Test könnte für zusätzliche Oberflächenantigene, wie diejenigen von anderen Virusfamilien angepasst werden.

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Disclosures

Die Autoren erklären, keine Interessenkonflikte.

Acknowledgments

Wir danken Herrn Dr. James Robinson für seine großzügige Geschenk der A32, 17b, 48d und C11 mAb. PGT 121 wurde durch die NIH AIDS Reagenz-Programm, Abteilung für AIDS, NIAID, NIH (Cat # 12343) erhalten. Diese Arbeit wurde von einer Kanada-Stiftung für Innovation Programmleiter # 29866, die von einem Betriebs CIHR # 257792, von einem FRQS Gründung der Young Scientist gewähren # 24639 auf AF und von einem Kontinuum CRCHUM Zuschuss sowie durch einen Katalysator CIHR Grant # 126630 AF und MR. AF ist der Empfänger einer FRSQ Chercheur Boursier Junior 1 Stipendium # 24639. MV wurde von einer CIHR Doctoral Research Award # 291485 unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
HOS cells ATCC CRL-1543
White Opaque Tissue Culture Plate, 96-well, Flat Bottom BD 353296
Polyethylenimine, linear, 25,000 MW Polysciences 23966 Prepared in 1 mg/ml solution
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) Invitrogen 11995
Goat Anti-human IgG, Peroxidase Conjugated Pierce 31413
Enhanced Chemiluminescence Substrate PerkinElmer NEL105001EA
TriStar LB 941, Plate Reader Berthold Technologies

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Infektionskrankheiten Ausgabe 91 HIV-1 Hüll-Glycoproteine gp120 gp41 neutralisierenden Antikörpern nicht-neutralisierenden Antikörpern CD4 auf Zellen basierenden ELISA
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Veillette, M., Coutu, M., Richard,More

Veillette, M., Coutu, M., Richard, J., Batraville, L. A., Désormeaux, A., Roger, M., Finzi, A. Conformational Evaluation of HIV-1 Trimeric Envelope Glycoproteins Using a Cell-based ELISA Assay. J. Vis. Exp. (91), e51995, doi:10.3791/51995 (2014).

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