Summary

Isolering af Viral Replication Rum-berigede underentreprise nukleare fraktioner fra Adenovirus-inficerede Normal humane celler

Published: November 12, 2015
doi:

Summary

We provide a novel strategy to isolate viral replication compartments (RC) from adenovirus (Ad)-infected human cells. This approach represents a cell-free system that can help to elucidate the molecular mechanisms regulating viral genome replication and expression as well as regulation of viral-host interactions established at the RC.

Abstract

During infection of human cells by adenovirus (Ad), the host cell nucleus is dramatically reorganized, leading to formation of nuclear microenvironments through the recruitment of viral and cellular proteins to sites occupied by the viral genome. These sites, called replication compartments (RC), can be considered viral-induced nuclear domains where the viral genome is localized and viral and cellular proteins that participate in replication, transcription and post-transcriptional processing are recruited. Moreover, cellular proteins involved in the antiviral response, such as tumor suppressor proteins, DNA damage response (DDR) components and innate immune response factors are also co-opted to RC. Although RC seem to play a crucial role to promote an efficient and productive replication cycle, a detailed analysis of their composition and associated activities has not been made. To facilitate the study of adenoviral RC and potentially those from other DNA viruses that replicate in the cell nucleus, we adapted a simple procedure based on velocity gradients to isolate Ad RC and established a cell-free system amenable to conduct morphological, functional and compositional studies of these virus-induced subnuclear structures, as well as to study their impact on host-cell interactions.

Introduction

Adenovirus indeholde en dobbeltstrenget DNA-genom, der replikerer i den inficerede cellekerne. Når den virale DNA ind i kernen, det lokaliserer støder op til PML nukleare organer 1. Efter viral tidlig genekspression, er den nukleare arkitektur dramatisk reorganiseret, overtalelse dannelse af virale mikromiljøer, kaldet viral replikation Rum (RC) 2. Eftersom adenovirus (Ad) RC er steder, hvor virale genom replikation og ekspression af virale sene gener finder sted, de giver et miljø for rekruttering af alle de nødvendige virale og cellulære faktorer, der deltager i disse processer. Interessant, en række cellulære proteiner, der er ansvarlige for den cellulære antiviralt respons, såsom DNA beskadigelse respons, responset medfødte immunforsvar og tumor suppression co-valgt til disse virale steder 2. Derfor kan Ad RC betragtes regulatoriske hubs, der fremmer en effektiv viral replikation, mens samtidig at regulerecellulære antiviralt respons, hvilket indikerer, at disse strukturer er nøglen til forståelsen af ​​virus-værts celle-interaktioner. Ikke desto mindre er de molekylære mekanismer i RC dannelse, deres sammensætning og tilhørende aktiviteter er dårligt forstået.

Adenoviral RC, samt RC fra andre DNA-vira, som replikerer i kernen er ikke forbundet til membraner, i modsætning til cytoplasmatiske RC 3. Endvidere vil sandsynligvis være sammensat udelukkende af proteiner og nukleinsyrer disse virusinducerede strukturer. RC dannet i celler inficeret med RNA-virus (betegnes normalt virale fabrikker) er blevet isoleret, at drage fordel af deres cytoplasmatiske lokalisering og membranbundne status, hvilket har lettet deres detaljerede morfologiske, funktionelle og biokemisk karakterisering 4.

Så vidt vi ved, har nukleare virale RC ikke er blevet isoleret, måske på grund af kompleksiteten af ​​den nukleare arkitektur og fravær af intranucleær membranes som ville lette deres isolation. Deres undersøgelse har påberåbt i stedet på immunfluorescensmikroskopi, FISH og transmission elektronmikroskopi. Men på trods af komplikationer er forbundet med at isolere inde i kernen strukturer, andre nukleare områder som nucleoli og Cajal organer er blevet isoleret før 5,6. Da nucleoli og RC er begge sammensat af proteiner og nukleinsyrer, og har en diameter på mellem 0,5 – 5 um, vi den hypotese, at RC bør også være muligt at foretage en isolering. Derfor med henblik på at mere præcist at karakterisere den molekylære sammensætning og funktioner i tilknytning til RC, vi etableret en hidtil ukendt fremgangsmåde til isolering inde i kernen fraktioner beriget med RC. Til dette formål har vi fremstillet sub-nukleare fraktioner ved hjælp af hastighedsgradienter og saccharose puder svarende til procedurer, der anvendes til at isolere nucleoli 7 eller andre nukleare domæner 6 og etablerede et cellefrit system, der tillader undersøgelse af den molekylære sammensætning og associerede aktiviteterRC. Denne teknik bør derfor fremme forståelsen af ​​virus-værts celle-interaktioner og repræsenterer et kraftfuldt værktøj, der bør også lette detaljeret analyse af RC fra andre virus, der replikerer i kernen og inducerer dannelsen af ​​replikation rum af lignende dimensioner til dem, der dannes i adenovirus- inficerede-celler, såsom herpesvira, papillomvirus eller polyomaviruses.

Protocol

1. HFF Cell Kultur og Ad-infektion Udbrede Ad5 WT virus i monolag af HEK-293-celler og titer fluorescerende dannende enheder (FFU) på HFF-celler som beskrevet tidligere 8. Grow humane forhudsfibroblaster (HFF) i 10 ml DMEM / 10% kalvefosterserum (FBS) i sterile kultur 100 mm skåle ved 37 ºC og 5% CO2 i en fugtig inkubator. Bestem celle nummer ved hjælp af en Neubauer kammer ved at tælle celler i de fire 16-firkantede sæt. Celleantallet pr ml fås ved at beregne det gennem…

Representative Results

Da virusreplikation rum (RC) er inde i kernen virusinduceret strukturer sammensat af proteiner og nukleinsyrer, der svarer til andre nukleare område, men viste sig at være modtagelige for isolering ved hastighedsgradienter baseret på biokemiske træk. Kritiske trin i fraktionering protokollen er illustreret i figur 1. På hvert trin prøverne skal overvåges af lysfeltmikroskopi at sikre integriteten af de forskellige sub-cellulære fraktioner. For eksempel, når hævelse cellerne, i…

Discussion

In order to elucidate the molecular mechanisms that govern regulation of cellular activities by viral infection understanding the composition and activities associated with RC would be instrumental. Therefore, to make a detailed analysis of RC, we established a cell-free system that takes advantage of the size and biochemical composition of these virus-induced structures, to isolate subnuclear fractions enriched with RC using a simple procedure that relies on velocity gradients with sucrose cushions. Critical steps of th…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by grants from CONACyT-SEP (SEP-2008-84582; CB-2011-01-168497) and Promep-SEP for R.A.G.; P.H. received a scholarship from CONACyT (447442).

Materials

DMEM Gibco 12100-046 Warm in 37 ºC water bath before use
Fetal Bovine Serum Gibco 12484-028
Sucrose, Ultra Pure Research Organics 0928S Prepare a 2.55 M stock solution and store at 4 ºC
Dounce homogenizer Kontess Glass Company 884900-0000
Branson 1800 Ultrasonic Bath Branson Z769533 SIGMA Turn on 15 min before use.
Peroxidase AffiniPure F(ab')₂ Fragment Goat Anti-Mouse IgG (H+L) Jackson ImmunoResearch 115-036-003 Use at a 1:10,000 dilution in PBS/0.03% non-fat milk
Goat anti-Mouse IgG1 Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate Life Technologies A-21121 Use at a 1:2,000 dilution in PBS
Silane-Prep Slides Sigma S4651-72EA Open in a laminar flow cabinet
SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate Pierce ThermoScientific 34080

References

  1. Doucas, V., et al. Adenovirus replication is coupled with the dynamic properties of the PML nuclear structure. Genes & Dev. 10, 196-207 (1996).
  2. Schmid, M., Speiseder, T., Dobner, T., Gonzalez, R. A. DNA virus replication compartments. J. Virol. 88, 1404-1420 (2014).
  3. Boon, J. A., Diaz, A., Ahlquist, P. Cytoplasmic viral replication complexes. Cell host microbe. 8, 77-85 (2010).
  4. Paul, D., Hoppe, S., Saher, G., Krijnse-Locker, J., Bartenschlager, R. Morphological and biochemical characterization of the membranous hepatitis C virus replication compartment. J. Virol. 87, 10612-10627 (2013).
  5. Busch, H., et al. Isolation of Nucleoli. Exp Cell Res. 24, 150-163 (1963).
  6. Lam, Y. W., Lyon, C. E., Lamond, A. I. Large-scale isolation of Cajal bodies from HeLa cells. Mol. Biol. Cell. 13, 2461-2473 (2002).
  7. Lam, Y. W., Trinkle-Mulcahy, L., Lamond, A. I. The nucleolus. J Cell Sci. 118, 1335-1337 (2005).
  8. Groitl, P., Dobner, T. Construction of adenovirus type 5 early region 1 and 4 virus mutants. Methods Mol Med. 130, 29-39 (2007).
  9. Reich, N. C., Sarnow, P., Duprey, E., Levine, A. J. Monoclonal antibodies which recognize native and denatured forms of the adenovirus DNA-binding protein. Virology. 128, 480-484 (1983).
  10. Leppard, K. N. Selective effects on adenovirus late gene expression of deleting the E1b 55K protein. J Gen Virol. 74 (Pt 4), 575-582 (1993).
  11. Gonzalez, R., Huang, W., Finnen, R., Bragg, C., Flint, S. J. Adenovirus E1B 55-kilodalton protein is required for both regulation of mRNA export and efficient entry into the late phase of infection in normal human fibroblasts. J. Virol. 80, 964-974 (2006).
  12. Castillo-Villanueva, E., et al. The Mre11 Cellular Protein Is Modified by Conjugation of Both SUMO-1 and SUMO-2/3 during Adenovirus Infection. ISRN Virology. 2014, 14 (2014).
  13. Morris, S. J., Scott, G. E., Leppard, K. N. Adenovirus late-phase infection is controlled by a novel L4 promoter. J. Virol. 84, 7096-7104 (2010).
  14. Wright, J., Leppard, K. N. The human adenovirus 5 L4 promoter is activated by cellular stress response protein p53. J. Virol. 87, 11617-11625 (2013).

Play Video

Cite This Article
Hidalgo, P., Gonzalez, R. A. Isolation of Viral Replication Compartment-enriched Sub-nuclear Fractions from Adenovirus-infected Normal Human Cells. J. Vis. Exp. (105), e53296, doi:10.3791/53296 (2015).

View Video