Her presenterer vi en protokoll for å beskrive en enkel, rask og effektiv prion forsterkning teknikk, sanntid skjelvende-indusert (RT-QuIC) konverteringsmetoden.
RT-QuIC teknikken er en følsom i vitro celle-fri prion forsterkning analysen basert hovedsakelig på seeded misfolding og aggregering av rekombinant prion protein (PrP) substrat bruke prion frø som mal for konvertering. RT-QuIC er en høy gjennomstrømming teknikken som er analoge til sanntids polymerasekjedereaksjons (PCR). Påvisning av amyloid fibril vekst er basert på fargestoff Thioflavin T, som fluoresces på bestemt interaksjon med ᵦ ark rik proteiner. Amyloid formasjon kan dermed oppdages i sanntid. Vi forsøkte å utvikle en pålitelig ikke-invasiv screening test for å oppdage kronisk herjer sykdom (CWD) prioner i fecal ekstrakt. Her har vi spesielt tilpasset RT-QuIC teknikken å avsløre PrPSc seeding aktivitet i avføringen til CWD infisert cervids. I utgangspunktet var seeding aktiviteten av fecal ekstrakter vi forberedt relativt lav i RT-QuIC, muligens på grunn av potensielle analysen hemmere i fecal materiale. Å forbedre seeding aktivitet av avføring ekstrakter og fjerne potensielle analysen hemmere, homogenisert vi fecal prøvene i en buffer som inneholder vaskemidler og proteasehemmere. Sendte vi også prøver å forskjellige metoder å satse PrPSc basert på protein nedbør natrium phosphotungstic syre og sentrifugalkraften. Til slutt, avføring ekstrakter ble testet av optimalisert RT-QuIC som inkluderte substrat erstatning i protokollen å forbedre følsomheten til gjenkjenning. Dermed har vi etablert en protokoll for følsom påvisning av CWD prion seeding aktivitet i avføringen til prekliniske og kliniske cervids av RT-QuIC, som kan være et praktisk verktøy for ikke-invasiv CWD diagnose.
Prionsykdommer eller smittsomme kugalskap Anne encephalopathies (TSE) er nevrodegenerative lidelser inkludert Creutzfeldt – Jakobssykdom (CJD) hos mennesker, kugalskap (BSE) i storfe, Skrapesyke sauer og geiter og kronisk sløse sykdom (CWD) i cervids 1,2. TSEs kjennetegnes av særegne kugalskap Anne utseende og tap av nerveceller i hjernen. Ifølge hypotesen “bare protein” består prioner hovedsakelig av PrPSc (“Sc” for Skrapesyke) 3, en misfolded isoformen av vert-kodet mobilnettet prion protein, PrPC. PrPSc resultat av konvertering av PrPC i en konformasjon beriket i ᵦ-ark 4,5,6 som kan fungere som et frø å binde og konvertere andre PrPC molekyler. Nyopprettede PrPSc molekylene er innlemmet i et voksende polymer 7,8 som bryter inn i mindre oligomers, noe som resulterer i høyere antall smittsomme kjerner. PrPSc er utsatt for aggregering og delvis motstandsdyktige mot proteaser 9,10.
CWD påvirker ville og Oppdrettede elg (Cervus canadensis), muldyr hjort (Odocoileus hemionus), Hvithalehjort (WTD; Odocoileus virginianus), elg (av av) og reinsdyr (gode tarandus tarandus) 11,12,13. Det anses mest smittsom prion sykdommen med vannrette overføring foretrekkes av cervid vekselsvirkningene og miljømessige utholdenhet infectivity 14,15. I motsetning til andre prionsykdommer der PrPSc akkumulering og infectivity er begrenset til hjernen, i CWD finnes disse også i perifere vev og kroppsvæsker f.eks spytt, urin og avføring 16,17, 18.
Immunohistochemistry regnes gullstandarden for CWD diagnose å oppdage PrPSc distribusjon og kugalskap Anne lesjoner 19,20. ELISA og i mer sjeldne tilfeller western blot brukes også for CWD diagnostikk. Dermed er gjeldende prion sykdom diagnose hovedsakelig basert på oppdage prioner obduksjon vev. Ante-mortem diagnose for CWD er tilgjengelig ved å ta mandlene eller recto-anal mucosa-assosiert lymfoid vev (RAMALT) biopsier; men denne prosedyren er invasiv og krever erobringen av dyrene. Dermed ville bruk av lett tilgjengelig prøver, som urin og avføring, være en praktisk måte for CWD prion gjenkjenning. Men disse ekskrementer harbor relativt lave konsentrasjoner av prioner under gjenkjenning grensen på gjeldende diagnostiske metoder. Derfor er et mer følsom og høy gjennomstrømning diagnostisk verktøy nødvendig. In vitro konvertering systemer, for eksempel protein misfolding syklisk forsterkning analysen (PMCA) 21, amyloid seeding analysen, og sanntids skjelvende-indusert konvertering (RT-QuIC) analysen 22,23, 24 er svært kraftige verktøy å utnytte PrPSc selv-forplanter evnen til å etterligne i vitro prion konverteringen, og dermed forsterke tilstedeværelsen av minutt mengder PrPSc til Detektbart nivåer 25 ,26. Metoden RT-QuIC imidlertid tar nytte av det faktum at konvertering produktet beriket β arks sekundære struktur kan spesielt binde thioflavin T (Th-T). Derfor vokser rekombinant PrP (rPrP) på frø konvertering til amyloid fibrils som binder Th-T og dermed kan oppdages i sanntid ved å måle fluorescens av Th-T uttrykt som relative fluorescens enheter (RFU) over tid. Når overvåket, kan RFU brukes til å evaluere relativ seeding aktiviteter og kvantitative parametere som lag fasen. Lag fasen representerer klokkeslettet (h) kreves for å nå terskelen, under hvilke rPrP konvertering på et tidlig stadium av reaksjonen er under gjenkjenning grensen på Th-T fluorescens. Slutten av den tilsynelatende lag fasen, samtidig til dannelsen av en tilstrekkelig amyloid kjerne (nucleation/forlengelse), oppstår når Th-T fluorescens overskrider terskelen nivået og positivt. Veksten av amyloid fibrils kan oppdages i sanntid og første PrPSc eller seeding aktivitet i prøven forsterkes av segmentering som genererer flere frø. Disse frø indusere igjen en rask eksponentiell vekstfase amyloid fiber.
Fordi denne analysen er kjøpedyktig merker så lavt som 1 fg PrPSc 24, høy følsomhet kvalifiserer denne teknikken å oppnå ante mortem eller ikke-invasiv diagnose av oppdager PrPSc i ulike perifere vev, ekskrementer eller andre typer prøven skjuler lave nivåer av infectivity. RT-QuIC absolutt gir fordeler over andre analyser for reproduserbarhet, praktiske, hurtighet (mindre enn 50 h) og lave kostnader i forhold til bioassay. Det unngår tekniske kompleksiteten som sonication brukt i PMCA; også er det utført i en tape-forseglet microplate som reduserer risikoen for Aerosolforurensning i hver brønn. Flere godt formatet gjør det mulig for analyse av opptil 96 prøvene i samme eksperiment. For å motvirke tilbakevendende problemet med falske positiver og spontan konvertering av rPrP i i vitro konvertering analyser er gjennomføringen av en terskel (cut-off) i RT-QuIC svært nyttig. Faktisk defineres basert på resultatene av kontrollen negative (gjennomsnittlig RFU negative prøver 5 SD 27), en grunnlinje som diskriminering mellom positive og negative eksempler kan gjøres. Bruk av fire gjentak for hvert utvalg kan dermed bidra til å definere et utvalg som positive når minst 50% av replikat viser et positivt signal, kors dvs cut-off 28. Homologi mellom frø og underlaget er ikke nødvendig i RT-QuIC, som f.eks i en tidligere studie, hamster rPrP ble funnet å være en mer sensitivt underlag sammenlignet med homologe underlaget i menneskelig PrPvCJD seeded og sauer Skrapesyke seeded reaksjoner 29. hamster-sauer chimeric rPrP ble også foreslått for å være et mer egnet medium enn menneskelig rPrP å oppdage menneskelige varianten CJD prioner 30. Dermed er bruk av rPrP underlag fra ulike arter svært vanlig i denne analysen. Denne analysen har blitt aktivert for flere prionsykdommer, som sporadisk CJD 31,32,33, genetikk prion sykdommer 34, BSE 35,36,37, Skrapesyke 23,36og CWD 38,39,40,41, 42. Studier med behandlet Cerebrospinalvæske, hele blod, spytt og urin som frø i RT-QuIC klarte alle å oppdage PrPSc 38,39,40,41, 42. å fremme oppdagelsen evnen i prøver som blodplasma som kan inneholde hemmere av amyloid formasjon, Orrú et al. (2011) utviklet en strategi for å fjerne potensielle hemmere av amyloid dannelsen av gre PrPSc immunoprecipitation (IP) trinn og RT-QuIC, kalt “forbedret QuIC” analysen (eQuIC). I tillegg ble et substrat erstatning skritt ansatt etter ~ 24 h reaksjon for å forbedre følsomheten. Til slutt, som lavt som 1 ag i PrPSc var detectable av eQuIC 30.
For å rense avføring ekstrakter og fjerne mulig analysen hemmere i avføring, ble fecal prøver innsamlet på prekliniske og kliniske stadier fra elg på eksperimentell oral smitte homogenisert buffer inneholder vaskemidler og proteasehemmere. Avføring ekstrakter ble ytterligere sendt til ulike metoder til å konsentrere PrPSc i eksemplene bruker protein nedbør via natrium phosphotungstic syre (NaPTA) nedbør. Metoden NaPTA nedbør, først beskrevet av Safar et al. 43, brukes til å konsentrere PrPSc i test prøver. Inkubasjonstiden for NaPTA prøven resultatene i fortrinnsrett nedbør PrPSc i stedet for PrPC. Molekylær mekanismen er imidlertid uklart. Dette trinnet hjalp også inneholder og hindre spontan konvertering av rPrP, som er observert i noen tilfeller. Til slutt, avføring ekstrakter ble testet av optimalisert RT-QuIC bruker musen rPrP (aa 23-231) som et substrat og inkludert substrat erstatning i protokollen å forbedre følsomheten til gjenkjenning.
Resultater her viser at denne forbedret metoden finner svært lave konsentrasjoner av CWD prioner og øker følsomheten til gjenkjenning og spesifisitet i fecal prøver i forhold til en protokoll uten NaPTA nedbør og underlaget erstatning. Denne metoden potensielt kan brukes til andre vev og kroppsvæsker og kan være av stor bruk for CWD overvåking i vill og fange cervids.
RT-QuIC var tidligere ansatt å oppdage CWD prioner i urin og avføring ekstrakter av muntlig infiserte Hvithalehjort og muldyr hjort 38. Systemet vist i dette manuskriptet er en tilpasset RT-QuIC analysen. Forholdsregler ble innlemmet i “klassiske” RT-QuIC analysen å forbedre gjenkjenning og følsomhet til analysen for CWD prioner i fecal materiale av infiserte dyr.
Lav følsomheten til gjenkjenning i avføring ekstrakter ledet oss til forbedring av RT-QuIC protokolle…
The authors have nothing to disclose.
Vi er takknemlige for Dr. Byron Caughey (NIH Rocky Mountain Laboratories) for å gi opplæring og cervid PrP bakteriell uttrykk plasmider. SG støttes av programmet Canada forskning stol. Vi erkjenner finansiering for denne forskningen til SG fra Genome Canada, Alberta Prion Research Institute og Alberta jordbruk og skogbruk genomet Alberta og University of Calgary for å støtte dette arbeidet. Vi erkjenner et forskningsstipend fra Margaret Gunn Foundation for dyr forskning.
Materials | |||
Acrodisc seringe filters | PALL | 4652 | |
amicon Ultra-15 Centrifugal filter Unit | Millipore | UCF901024 | |
BD 10 ml seringe | VWR | CA75846-842 | |
Chloramphenicol | Sigma-Aldrich | C0378 | |
Corning bottle-top vacuum filters | Sigma-Aldrich | 431118 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | E4884 | |
gentleMACS M Tube | Miltenyi Biotec | 130-093-236 | |
Guanidine hydrochloride | Sigma-Aldrich | G4505 | |
Imidazole | Sigma-Aldrich | I5513 | |
Isopropanol | Sigma-Aldrich | I9516 | |
Kanamycin sulfate | Sigma-Aldrich | 60615 | |
Luria-Bertani (LB) broth | ThermoFisher Scientific | 12780029 | |
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M9272 | |
N2 supplement (100X) | ThermoFisher Scientific | 15502048 | |
N-lauroylsarcosine sodium salt (sarkosyl) | Sigma-Aldrich | ML9150 | |
Nanosep centrifugal devices with omega membrane 100K | PALL | OD100C34 | |
Nunc sealing tapes | ThermoFisher Scientific | 232702 | |
Parafilm M | VWR | 52858-000 | |
phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | |
Protease inhibitor tablet | Roche | 4693159001 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Sodium deoxycholate | Sigma-Aldrich | D6750 | |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Calbiochem | 7910-OP | |
sodium phosphate | Sigma-Aldrich | 342483 | |
Sodium phosphate dibasic anhydrous | Sigma-Aldrich | S9763 | |
Sodium phosphate monobasic monohydrate | Sigma-Aldrich | S9638 | |
Sodium phosphotungstate hydrate (NaPTA) | Sigma-Aldrich | 496626 | |
Thioflavin T | Sigma-Aldrich | T3516 | |
Tris-Hydroxy-Methyl-Amino-Methan (Tris) | Sigma-Aldrich | T6066 | |
Triton-100 | Calbiochem | 9410-OP | |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | P7949 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Commercial buffers and solutions | |||
BugBuster Master Mix | Nogagen | 71456-4 | |
Ni-NTA superflow | Qiagen | 1018401 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) pH 7.4 (1X) | Life Technoligies | P5493 | |
UltraPure Distilled Water | Invitrogen | 10977015 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Standards and commercial kits | |||
Express Autoinduction System 1 | Novagen | 71300-4 | |
Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23227 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment setup | |||
AKTA protein purification systems FPLC | GE Healthcare Life Sciences | ||
Beckman Avanti J-25 Centrifuge | Beckman Coulter | ||
Beckman rotor JA-25.50 | Beckman Coulter | ||
Beckman rotor JA-10 | Beckman Coulter | ||
FLUOstar Omega microplate reader | BMG Labtech | ||
gentleMACS Dissociator | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sofware | |||
MARS Data Analysis | BMG Labtech | ||
GraphPad Prism6 | GraphPad software |