反向遺傳學(xué):8質(zhì)粒系統(tǒng)拯救甲型流感病毒

? ? 反向遺傳學(xué)是從病毒基因組的全長(zhǎng)cDNA拷貝中產(chǎn)生病毒顷帖,被稱(chēng)為“感染性克隆”渤滞,并且是現(xiàn)代病毒學(xué)中最強(qiáng)大的遺傳工具之一。 重組DNA技術(shù)使我們能夠在分子水平上分析和操作基因組妄呕。然而,對(duì)于非逆轉(zhuǎn)錄RNA病毒,基因組在復(fù)制過(guò)程中不會(huì)進(jìn)入DNA階段论咏,直接操作脆弱的RNA基因是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。流感病毒的基因組分段且為負(fù)鏈蠢护,所以流感病毒的遺傳操作更加苛刻养涮。

? ? 為了作為啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的功能模板,流感病毒RNA(vRNA)必須通過(guò)聚合酶復(fù)合物轉(zhuǎn)錄為正義mRNA贯吓,其中包括三種病毒聚合酶(PB2,PB1和PA) 和核蛋白(NP)介评。流感病毒具有由8個(gè)RNA基因區(qū)段組成的基因組,必須對(duì)其進(jìn)行表達(dá)和包裝以完成病毒復(fù)制周期们陆。



流感病毒結(jié)構(gòu)(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)坪仇,侵刪)

? ? 流感病毒的反向遺傳系統(tǒng)于1999年由兩個(gè)不同的研究小組建立,依靠細(xì)胞內(nèi)RNA聚合酶I(PolⅠ)合成流感病毒RNA椅文。RNA聚合酶I是一種豐富的核酶,可轉(zhuǎn)錄核糖體RNA恤筛。RNA聚合酶I在確定的啟動(dòng)子和終止子序列處起始并終止轉(zhuǎn)錄芹橡,并且所得的轉(zhuǎn)錄物在5'或3'末端不含有額外的核苷酸。因此林说,這種酶非常適合在細(xì)胞核中產(chǎn)生流感病毒vRNA。雖然流感病毒拯救系統(tǒng)在不斷完善提高豪直,但使用RNA聚合酶I系統(tǒng)合成vRNA的基本概念仍然相同。

? ? 目前弓乙,流感病毒的重新合成主要通過(guò)用8-12個(gè)質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)钧惧。其中,8質(zhì)粒系統(tǒng)拯救甲型流感病毒最為廣泛浓瞪。8種質(zhì)粒含有編碼RNA聚合酶I可識(shí)別的啟動(dòng)子和終止子,在啟動(dòng)子和終止子之間分別含有每條流感病毒分段基因組的cDNA涂乌。8質(zhì)粒系統(tǒng)的蛋白質(zhì)由PolⅡ轉(zhuǎn)錄翻譯英岭,且此系統(tǒng)至少需要表達(dá)4種蛋白(PA, PB1, PB2和NP)。一般的8質(zhì)粒系統(tǒng)可轉(zhuǎn)錄流感病毒的8個(gè)基因诅妹,翻譯流感病毒的10個(gè)蛋白。翻譯完整的流感病毒蛋白荧库,能夠提高流感病毒的拯救效率。

8質(zhì)粒系統(tǒng)質(zhì)粒設(shè)計(jì)原理

protocol:

克隆8質(zhì)粒:

使用含人類(lèi)polⅠ序列的載體作為拯救系統(tǒng)的表達(dá)載體场刑,構(gòu)建8質(zhì)粒拯救系統(tǒng)蚪战。此載體為雙向雙表達(dá)載體,在polⅡ啟動(dòng)子(CMV)和終止序列(SV40)之間反向插入了人類(lèi)polⅠ啟動(dòng)子和鼠polⅠ終止序列邀桑。將流感病毒的8個(gè)cDNA(包括UTR和ORF)插入該載體,轉(zhuǎn)染細(xì)胞后贼急,polⅠ負(fù)責(zé)合成流感病毒單股負(fù)鏈RNA捏萍,polⅡ負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄流感病毒正鏈mRNA,隨后翻譯流感病毒蛋白令杈。該質(zhì)粒較特殊,在插入片段的前后均有polyA尾掉丽,無(wú)法用通用引物測(cè)序异雁,需要使用每個(gè)基因的特異性引物進(jìn)行測(cè)序捶障。

拯救甲型流感病毒:

1. 將HEK-293T接種到6孔板中片迅,培養(yǎng)24小時(shí)至少95% confluence皆辽。

? ? 注:因轉(zhuǎn)染會(huì)加入大量的有毒性轉(zhuǎn)染試劑,故細(xì)胞狀態(tài)需要良好耻台、數(shù)量需求較多空另。由于人類(lèi)polⅠ啟動(dòng)子的物種特異性,只能使用具有高轉(zhuǎn)染效率的靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞(293T或Vero細(xì)胞)進(jìn)行流感病毒的包裝。一般來(lái)說(shuō)坝咐,293T拯救效果強(qiáng)于Vero析恢。由于MDCK細(xì)胞支持許多流感病毒的生長(zhǎng),并且可以在與293T細(xì)胞相同的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)映挂,因此共培養(yǎng)的293T-MDCK細(xì)胞(1:1)可用于提高某些流感病毒株的拯救效率。

2. 在DMEM培養(yǎng)基(不含F(xiàn)BS)中帽撑,每個(gè)質(zhì)粒1μg鞍时,8個(gè)質(zhì)粒共計(jì)8μg,與轉(zhuǎn)染試劑混合寸癌,室溫下靜止15-30分鐘。

? ? 注:質(zhì)粒:脂質(zhì)體=1:3磷蛹;質(zhì)粒:PEI=1:4溪烤。DMEM可換成Opti-MEM。

3. 更換HEK-293T的DMEM培養(yǎng)基(含F(xiàn)BS)檬嘀,將質(zhì)粒-轉(zhuǎn)染試劑復(fù)合體緩緩滴入6孔板中。

4. 將細(xì)胞放于含5%二氧化碳的37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)掂铐。

? ? 注:35℃環(huán)境也可揍异。

5. 轉(zhuǎn)染后24小時(shí),加入終濃度為1μg/ml的TPCK處理過(guò)的胰酶衷掷,繼續(xù)培養(yǎng)。

? ? 注:TPCK胰酶用于切割流感病毒的HA蛋白雨涛,使病毒具有感染性。某些病毒株可不用此胰酶替久。

6. 轉(zhuǎn)染后48小時(shí)或72小時(shí)后,收集HEK-293T細(xì)胞上清液旧困。此時(shí)稼锅,流感病毒即在上清液中吼具,但是滴度極低。

? ? 注:反復(fù)凍融3次細(xì)胞有助于細(xì)胞內(nèi)的流感病毒釋放拗盒。

7. 將收集的上清液滴入MDCK細(xì)胞中锥债,流感病毒感染MDCK細(xì)胞以擴(kuò)增。

? ? 注:同樣需要加入終濃度為1μg/ml的TPCK處理過(guò)的胰酶登夫。用雞胚培養(yǎng)流感病毒效果極佳:接種到9-11天齡的SPF雞胚胎中允趟。孵育48小時(shí)后收獲羊膜尿囊液恼策。感染性病毒的存在可通過(guò)血凝素(HA)試驗(yàn)確認(rèn)。

8. 感染后48小時(shí)涣楷,收集MDCK細(xì)胞上清液抗碰,進(jìn)行plaque assay進(jìn)行病毒滴度的測(cè)定。

? ? 注:一般測(cè)出的滴度處于5x10^6Pfu/ml左右弧蝇。若想增加流感病毒滴度,繼續(xù)將病毒感染MDCK以進(jìn)行擴(kuò)增沙峻。

9. 應(yīng)通過(guò)對(duì)8個(gè)病毒基因片段中的每一個(gè)進(jìn)行測(cè)序來(lái)確認(rèn)拯救病毒的身份鹃觉。

10. 病毒液可在4℃存放數(shù)周睹逃。-80℃可長(zhǎng)期儲(chǔ)存祷肯。


參考資料:

1. 劉麗琦. HgN2 禽流感病毒致病性的初步研究及反向遺傳系統(tǒng)的構(gòu)建[D]. 中國(guó)疾病預(yù)防控制中心, 2009.

2. Lee C W. Reverse genetics of influenza virus[M]//Animal Influenza Virus. Humana Press, New York, NY, 2014: 37-50.

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