Här presenterar vi ett protokoll för att beskriva en enkel, snabb och effektiv prion amplifiering, konverteringsmetoden realtid skakande-inducerad (RT-SN).
RT-QuIC tekniken är en känslig i vitro cellfria prion förstärkning analys baserat främst på seedade Skellefteåsjukan och aggregering av rekombinant prion protein (PrP) substrat med prion frön som en mall för konvertering. RT-QuIC är ny hög genomströmning teknik som är jämförbar med realtid polymeraskedjereaktion (PCR). Påvisande av amyloid fibrill tillväxt bygger på färgämnet Tioflavin T, som fluorescerar vid särskild interaktion med ᵦ ark rika proteiner. Således, amyloid bildas kan upptäckas i realtid. Vi försökte utveckla en tillförlitlig noninvasiv screeningtest för att påvisa kroniskt avmagrade sjukdom (CWD) prioner i fekal extrakt. Här har vi specifikt anpassat RT-QuIC tekniken för att avslöja PrPSc sådd aktivitet i avföring från CWD infekterade hjortdjur. Inledningsvis var aktiviteten sådd av fekal extrakten vi beredda relativt låg i RT-sn, möjligen på grund av potentiella assay inhibitorer av fekalt material. För att förbättra sådd aktivitet av avföring extrakt och ta bort potentiella assay inhibitorer, homogeniserad vi fekal proverna i en buffert som innehåller rengöringsmedel och proteashämmare. Vi lämnade också olika metoder att koncentrera PrPSc på grundval av protein nederbörd med natrium phosphotungstic syra och centrifugalkraften proverna. Slutligen, extrakt av avföring testades av optimerad RT-QuIC som inkluderade substrat ersättare i protokollet till förbättra känsligheten för upptäckt. Således etablerat vi ett protokoll för känslig detektion av CWD prion sådd aktivitet i avföring från prekliniska och kliniska hjortdjur av RT-sn, vilket kan vara ett praktiskt verktyg för icke-invasiv CWD diagnos.
Prionsjukdomar eller transmissibel spongiform encefalopati (TSE) är neurodegenerativa sjukdomar inklusive Creutzfeldt – Jakobs sjukdom (CJS) hos människor, bovin spongiform encefalopati (BSE) hos nötkreatur, skrapie hos får och getter, och chronic wasting disease sjukdom (CWD) hos hjortdjur 1,2. TSE är kännetecknas av särskiljande spongiform utseende och förlust av nervceller i hjärnan. Enligt ”endast protein” hypotesen består prioner huvudsakligen av PrPSc (‘Sc’ för skrapie) 3, ett felveckning isoformen av värd-kodade cellulära prionproteinet, PrPC. PrPSc resultat från omvandling av PrPC till en konformation berikad i ᵦ-ark 4,5,6 som kan fungera som ett frö att binda och konvertera andra PrPC molekyler. De nyligen genererade PrPSc -molekylerna införlivas i en växande polymer 7,8 som bryter sig in mindre oligomerer, vilket resulterar i högre nummer av infektiös atomkärnor. PrPSc är benägna att aggregering och är delvis resistenta mot proteaser 9,10.
CWD påverkar vild och odlad älg (Cervus canadensis), mule deer (Odocoileus hemionus), vitsvanshjort (WTD; Odocoileus virginianus), älgen (Alces alces) och renar (Rangifer tarandus tarandus) 11,12,13. Är det den mest smittsamma prion sjukdomen med horisontell överföring gynnas av hjortdjur interaktioner och miljömässiga persistens av smittsamhet 14,15. Till skillnad från andra prionsjukdomar där PrPSc ackumulering och smittsamhet är begränsade till hjärnan, i CWD finns dessa också i perifera vävnader och kroppsvätskor t.ex. saliv, urin och avföring 16,17, 18.
Immunhistokemi anses vara den gyllene standarden för CWD diagnos att upptäcka PrPSc distribution och spongiform lesioner 19,20. ELISA och i mer sällsynta fall, western blot används också för CWD diagnostik. Således, nuvarande prion sjukdomsdiagnos baseras huvudsakligen på att upptäcka prioner i postmortala vävnader. Ante-mortem-diagnos för CWD är tillgänglig genom att ta tonsiller eller recto-anal slemhinna-associerade lymfoida vävnad (RAMALT) biopsier; men proceduren är invasiv och kräver avskiljning av djuren. Således, användning av lättillgänglig prover, såsom urin och avföring, vore ett praktiskt sätt för CWD prion upptäckt. Dock dessa exkrementer harbor relativt låga koncentrationer av prioner under detektionsgränsen av nuvarande diagnostiska metoder. Följaktligen krävs det en mer känslig och hög genomströmning diagnostiskt verktyg. In vitro konvertering system, såsom protein Skellefteåsjukan cykliska förstärkning assay (PMCA) 21, amyloid sådd assay och realtid skakande-inducerad konvertering (RT-QuIC) assay 22,23, 24 är mycket kraftfulla verktyg att utnyttja PrPSc egenföretagare föröknings förmåga att härma i vitro prion konverteringsprocessen och därmed förstärka närvaron av minuten mängder PrPSc till detekterbara halter 25 ,26. RT-QuIC metoden, men tar fördel av det faktum att produktens omvandlingen berikad i β-ark sekundärt strukturera specifikt kan binda Tioflavin T (Th-T). Därför växer rekombinant PrP (rPrP) vid seedade konvertering till amyloida fibriller som binder Th-T och därmed kan upptäckas i realtid genom att mäta fluorescensen av Th-T uttryckt som relativa fluorescens enheter (RFU) över tid. När övervakas, kan RFUEN användas för att utvärdera relativ sådd aktiviteter och kvantitativa parametrar såsom fasen eftersläpning. Den eftersläpning fasen representerar den tid (h) som krävs för att nå tröskeln, under vilka rPrP konvertering i det tidiga skedet av reaktionen understiger detektionsgränsen för Th-T fluorescens. I slutet av fasen uppenbar eftersläpning, samtidig till bildandet av en tillräcklig amyloid kärna (kärnbildning/töjning), uppstår när Th-T fluorescensen överskrider tröskelvärdet och blir positiva. Tillväxten av amyloida fibriller kan upptäckas i realtid och inledande PrPSc eller sådd aktivitet som ingår i urvalet förstärks genom segmentering som genererar mer frön. Dessa frön inducerar i sin tur en snabb exponentiell fas av amyloid fiber tillväxt.
Eftersom denna analys är köpa duktig upptäcka så lågt som 1 fg PrPSc 24, hög känslighet kvalificerar denna teknik för att uppnå slakt eller icke-invasiv diagnostik genom att upptäcka PrPSc i olika perifera vävnader, exkrementer eller andra typer av preparatet härbärgerat låga nivåer av smittsamhet. RT-QuIC ger definitivt fördelar över andra analyser för dess reproducerbarhet, funktionalitet, snabbhet (mindre än 50 h) och låga kostnader jämfört med bioassays. Man undviker de tekniska komplexitet som ultraljudsbehandling används i PMCA; också, det utförs i en tape-förseglade mikroplattan vilket minimerar risken för aerosol förorening av varje brunn. Flera format möjliggör analys av upp till 96 prover i samma experiment. För att motverka det återkommande problemet med falska positiva och spontan konvertering av rPrP i in vitro- konvertering analyserna är genomförandet av ett tröskelvärde (cut-off) i RT-QuIC mycket användbar. Faktiskt, baserat på resultaten av den negativa kontrollen (genomsnittliga RFU negativa prover + 5 SD 27), en originalplan ställs in som diskriminering mellan positiva och negativa prover kan göras. Användningen av fyra replikat för varje prov kan därmed bidra till att definiera ett prov som positiv när minst 50% av replikerar visar en positiv signal, över dvs cut-off 28. Homologi mellan utsäde och substrat krävs inte i RT-sn, som t.ex. i en tidigare studie, hamster rPrP konstaterades att vara mer känsliga substrat jämfört med homologa substratet i mänskliga PrPvCJD seedade och fåren skrapie seedade reaktioner 29. hamster-får chimära rPrP föreslogs också för att vara ett mer lämpade substrat än mänsklig rPrP att upptäcka mänsklig variant CJD prioner 30. Således, användning av rPrP substrat från olika arter är mycket vanliga i denna analys. Denna analys har framgångsrikt tillämpats flera prionsjukdomar, såsom sporadisk CJD 31,32,33, genEtic prion sjukdomar 34, BSE 35,36,37, skrapie 23,36och CWD 38,39,40,41, 42. Studier med bearbetade cerebrospinalvätska, helblod, saliv och urin som frön i RT-QuIC var alla framgångsrika att upptäcka PrPSc 38,39,40,41, 42. att främja förmågan att detektera i prover såsom blod plasma som kan innehålla hämmare av amyloid bildas, Orrú et al. (2011) utvecklat en strategi för att ta bort potentiella inhibitorer av amyloid bildas genom kamning PrPSc immunoprecipitation (IP) steg och RT-QuIC, heter ”enhanced QuIC” assay (eQuIC). Dessutom anställdes ett substrat ersättning steg efter ~ 24 h av reaktionstid för att förbättra känsligheten. Slutligen, som låg som 1 ag av PrPSc var upptäckas av eQuIC 30.
För att rena avföring extrakt och ta bort eventuella assay-hämmare i avföring, var fecal prov som samlats i prekliniska och kliniska stadier från älg vid experimentell oral infektion homogeniserad i buffert som innehåller rengöringsmedel och proteashämmare. Extrakt av avföring lämnades vidare till olika metoder för att koncentrera PrPSc i de prover som utnyttjar protein nederbörd via natrium phosphotungstic syra (NaPTA) nederbörd. Metoden NaPTA nederbörd, först beskrevs av Safar o.a. 43, används för att koncentrera PrPSc i proverna. Inkubering av NaPTA med provet resulterar i förmånliga utfällning av PrPSc i stället för PrPC. Den molekylära mekanismen är dock fortfarande oklart. Detta steg också hjälpt innehållande och förhindra spontan konvertering av rPrP, som kan observeras i vissa fall. Slutligen, extrakt av avföring testades av optimerad RT-QuIC använder mus rPrP (aa 23-231) som substrat och inklusive substrat ersättare i protokollet att förbättra känsligheten för upptäckt.
Resultatet här Visa att denna förbättrade metod kan upptäcka mycket låga koncentrationer av CWD prioner och ökar känsligheten för upptäckt och specificitet i fecal prov jämfört med ett protokoll utan NaPTA nederbörd och substrat byte. Denna metod potentiellt kan tillämpas på andra vävnader och kroppsvätskor och kan vara till stor nytta för CWD övervakning i vilda och fångenskap hjortdjur.
RT-QuIC var tidigare anställd att upptäcka CWD prioner i urin och fekal extrakt av oralt infekterade vitsvanshjort och mule deer 38. Det system som visas i detta manuskript är en anpassad metod för RT-QuIC analysen. Ytterligare steg inkorporerades i den ”klassiska” RT-QuIC assay att förbättra upptäckten och känsligheten i analysen för CWD prioner i fekalt material av smittade djur.
Den låga känsligheten för upptäckt i avföring extrakt ledde oss till f?…
The authors have nothing to disclose.
Vi är tacksamma mot Dr. Byron Caughey (NIH Rocky Mountain Laboratories) för att tillhandahålla utbildning och hjortdjur PrP bakteriell uttryck Plasmiden. SG stöds av programmet Kanada forskning stol. Vi erkänner att finansiering för denna forskning till SG från genomet Kanada, Alberta Prion Research Institute och Alberta jordbruk och skogsbruk genom genomet Alberta och University of Calgary till stöd för detta arbete. Vi erkänner ett forskningsanslag från Margaret Gunn Foundation för djur 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 |