-
Academiejaar 2009 - 2010
TRANSDUCTIE VAN HIV-NEF IN T-CELLIJNEN:
ANALYSE VAN RETRO- EN LENTIVIRALE VECTOREN.
Laurens VELDEMAN
Promotor: Prof. Dr. Bruno Verhasselt
Scriptie voorgedragen in de 2de
Master in het kader van de opleiding tot
MASTER IN DE GENEESKUNDE
-
Academiejaar 2009 - 2010
TRANSDUCTIE VAN HIV-NEF IN T-CELLIJNEN:
ANALYSE VAN RETRO- EN LENTIVIRALE VECTOREN.
Laurens VELDEMAN
Promotor: Prof. Dr. Bruno Verhasselt
Scriptie voorgedragen in de 2de
Master in het kader van de opleiding tot
MASTER IN DE GENEESKUNDE
-
“De auteur en de promotor geven de toelating deze scriptie voor
consultatie beschikbaar te stellen en
delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander
gebruik valt onder de beperkingen van het
auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de
verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij
het aanhalen van resultaten uit deze scriptie.”
30 april 2010
Laurens Veldeman Prof. Dr. Bruno Verhasselt
-
Voorwoord
Met het afronden van deze thesis komt een einde aan het
„studentenhoofdstuk‟ van de opleiding
geneeskunde. De lessen in de auditoria, het zwoegen op de
talrijke cursussen en het befaamde
studentenleven lijken definitief tot het verleden te behoren. De
stagejaren worden aangevat, het „echte
leven‟ staat voor de deur. Met spijt in het hart en met een
terugblik op vele mooie jaren neem ik met
dit werk afscheid van deze fijne periode.
Deze thesis is niet het werk van mezelf alleen en ik wil dan ook
graag enkele personen bedanken die
dit mede mogelijk maakten.
Vooreerst wil ik graag mijn promotor Professor Dr. Bruno
Verhasselt bedanken voor de houvast
tijdens mijn eerste kennismaking met het wetenschappelijk
onderzoek. U was niet enkel een promotor
maar ook een aanspreekpunt waarbij ik steeds terecht kon, zowel
voor vragen in het kader van dit
werk als voor medische problemen of bedenkingen omtrent verdere
carrièreplanning. Daarnaast
uiteraard ook veel dank voor het kritisch nalezen en het
formuleren van opmerkingen die deze tekst
mee vorm gaven.
Daarnaast wil ik ook mijn begeleider Dr. Kevin Ariën bedanken. U
leerde me de kneepjes van het
onderzoeksvak, terwijl we ondertussen konden nakaarten over
wielrennen, het studentenleven en
andere levenswijsheden. Ook nadat u een nieuwe uitdaging in
Antwerpen aanging, was u steeds bereid
om mijn tekst te analyseren en van commentaar te voorzien. Ik
wil ook graag de andere medewerkers
van het HIV-lab bedanken: Evelien, Hanne, Jolien, Valerie,
Veronica, Mostafa en Pieter, bedankt dat
jullie steeds klaar stonden om de vele praktische probleempjes
te helpen oplossen. Ook gaat mijn dank
uit naar Nathalie, omdat je me bijstond tijdens het praktische
werk en daarnaast steeds bereikbaar was
om hierover na te praten. Zonder jullie was er van deze thesis
geen sprake geweest!
Ten slotte wil ik enkele mensen bedanken die minder nauw bij dit
wetenschappelijk werk betrokken
waren. Vooreerst mijn ouders, omdat jullie me de kans gaven voor
deze studie te kiezen. Dankzij jullie
leerde ik ook op mijn eigen benen te staan en met vallen en
opstaan mijn eigen weg te vinden.
Daarnaast mijn zus Lynn, voor onze talrijke cliënt en patiënt
gerelateerde discussies die me leerden
nadenken over de sociale aspecten van de geneeskunde. Tot slot
wil ik ook mijn vriendin Anneleen
bedanken. Jouw gedeelde interesse in de geneeskunde maakte vele
geanimeerde discussies in de
voorbije vijf jaar mogelijk. Bedankt ook voor je geduld en
luisterend oor tijdens het werken aan dit
project.
Iedereen van harte bedankt!
-
Inhoudstafel
1. Abstract
..........................................................................................................................................
1
2. Afkortingen
....................................................................................................................................
2
3. Figurenlijst
.....................................................................................................................................
4
4. Inleiding
..........................................................................................................................................
5
4.1 Humaan Immunodeficiëntie Virus
......................................................................................
5
4.1.1 HIV ontdekking en taxonomie
........................................................................................
5
4.1.2 HIV Genoom
...................................................................................................................
6
4.1.3 HIV Virion
......................................................................................................................
7
4.1.4 HIV Replicatie
cyclus......................................................................................................
7
4.2 HIV-Nef
..................................................................................................................................
8
4.2.1 Nef structuur en functie
...................................................................................................
8
4.2.2 Downregulatie van CD4 expressie
................................................................................
10
4.3 Onderzoeksproject: Transductie van HIV-nef in T-cellijnen
......................................... 10
4.4 Retro- en Lentivirale gentransfer
......................................................................................
12
4.4.1 Retrovirale vectoren
......................................................................................................
12
4.4.2 Procedure retrovirale gentransfer
..................................................................................
13
4.4.3 Types retrovirale vectoren
.............................................................................................
13
4.4.4 Transfectie en transductie efficiëntie verhogen
.............................................................
14
4.4.5 Lentivirale vectoren
.......................................................................................................
14
4.4.6 SIN vectoren
..................................................................................................................
15
4.4.7 Retro- en lentivirale vectoren in het onderzoeksproject
................................................ 16
a. Lentivirale TRIP-CMV-GFP-WPRE vector
.....................................................................
16
b. Retrovirale LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP vector.
...............................................................
16
4.5 Humane T-cellijnen
.............................................................................................................
17
5. Methodologie
................................................................................................................................
17
5.1 Methodologie: Sequentie-analyse TRIP deelonderzoek
................................................... 18
5.1.1 Uitplaten van getransformeerde bacteriële cellen
......................................................... 18
5.1.2 Plasmide DNA purificatie
.............................................................................................
18
5.1.3 Polymerase Chain Reaction
...........................................................................................
19
5.1.4 Agarosegel-electroforese
...............................................................................................
19
5.1.5 DNA Sequencing
...........................................................................................................
20
5.2 Methodologie: Transductie van HIV-nef in T-cellijnen
................................................... 21
5.2.1 Celcultuur.
.....................................................................................................................
21
5.2.2 Cellen tellen
...................................................................................................................
21
-
5.2.3 Transfectie
.....................................................................................................................
21
5.2.4 Transductie
....................................................................................................................
22
5.2.5 Fluoresence Activated Cell Sorting (FACS)
.................................................................
22
5.2.6 Sorteren van getransduceerde SupT1-cellen
.................................................................
23
5.2.7 Cellen invriezen en ontdooien
.......................................................................................
23
5.2.8 Western Blot
..................................................................................................................
24
a. Stap 1: Cellysaten
..............................................................................................................
24
b. Stap 2: Eiwit concentratie
..................................................................................................
24
c. Stap 3: Eiwit Electroforese
................................................................................................
25
d. Stap 4: Blotting
..................................................................................................................
26
e. Stap 5: Kleuring.
................................................................................................................
26
5.2.9 Isolatie en purificatie van DNA
.....................................................................................
27
5.2.10 Isolatie en purificatie van RNA
.....................................................................................
28
5.2.11 Reverse transcriptie mRNA naar cDNA
.......................................................................
28
5.2.12 qPCR
.............................................................................................................................
28
5.2.13 PCR
...............................................................................................................................
29
6. Resultaten
.....................................................................................................................................
30
6.1 Sequentie-analyse TRIP-CMV-EGFP-WPRE
..................................................................
30
6.1.1 Sequencing-PCR strategie Extra TRIP
..........................................................................
30
6.1.2 PCR analyse
..................................................................................................................
32
6.1.3 Extra TRIP in andere TRIP constructen
........................................................................
33
6.1.4 Extra TRIP BLAST
.......................................................................................................
35
6.2 Transductie van HIV-nef in T-cellijnen
............................................................................
35
6.2.1 Abnormale fenotype niet exclusief voor Pex Nef
transducties ..................................... 35
6.2.2 Getransduceerde SupT1-cellen sorteren
........................................................................
37
6.2.3 Expressie Nef
eiwit........................................................................................................
38
a. Actine Western Blot:
.........................................................................................................
39
b. Nef Western Blot
...............................................................................................................
39
6.2.4 Verschil in nef transcripten tussen CD4+ en CD4
- celpopulaties .................................. 40
6.2.5 Deletie of mutatie in genomisch DNA nef
....................................................................
42
a. Verschil in lengte
nef.........................................................................................................
43
b. Mutatie in nef
....................................................................................................................
44
7. Discussie
.......................................................................................................................................
44
8. Referenties
....................................................................................................................................
49
9. Bijlage
...........................................................................................................................................
54
-
1
1. Abstract
Wereldwijd zijn er 33,4 miljoen mensen geïnfecteerd met het
Humaan Immunodeficiëntie Virus
(HIV). HIV veroorzaakt een verworven immuundeficiëntie syndroom
of AIDS, gekenmerkt door een
progressief verlies van CD4-positieve T-cellen en T-helpercel
functie.
Nef is een accessoir eiwit van HIV, dat mede door het
downreguleren van de CD4 oppervlakte
receptor op cellen van het immuunsysteem, een essentiële rol
speelt in de progressie naar AIDS. In dit
project werd gentransfer met retrovirale LZRS-vectoren in humane
T-cellen uitgevoerd, waarbij een
onverwachte afwezigheid van CD4 dowregulatie bij Nef Pex allelen
werd aangetoond. Om de oorzaak
van dit abnormale fenotype te achterhalen, werden zowel de
expressiepatronen van Nef eiwit als het
mRNA van Nef-getransduceerde cellen geanalyseerd. Uit onze
analyses blijkt dat in deze cellen geen
volledige Nef eiwit tot expressie komt, terwijl er wel
transcript aanwezig is. Hieruit kan besloten
worden dat er een fout op het mRNA niveau aanwezig is,
waarschijnlijk berustend op een mutatie in
het reading frame van het nef gen. Toekomstig confirmatie
onderzoek zal moeten uitwijzen of deze
veronderstelling gewettigd blijft.
Daarnaast werd in dit project een niet eerder gekarakteriseerde
regio in een lentivirale TRIP-vector
onderzocht, waardoor een meer nauwkeurige vectormap opgesteld
kon worden.
-
2
2. Afkortingen
AIDS Acquired Immuno-Deficiency Syndrome
ALL Acute Lymfatische Leukemie
AP Adaptor Protein
bp Basenparen
BSA Bovine Serum Albumin
CD Cluster of Differentiation
cDNA copy DNA
CMV Cytomegalovirus
Cppt Central Polypurine Tract
ddNTP Dideoxynucleotide Triphosphate
DNA Deoxyribonucleic Acid
dNTP Deoxyribonucleotide
DOTAP Dioleoyl-Trimethylammonium-Propane
EDTA Ethylenediaminetetraacetic Acid
EGFP Enhanced Green Fluorescent Protein
Env Envelope
FACS Fluorescence Activated Cell Sorting
FCS Fetal Calf Serum
Gag Group-specific antigen
HEPES Hydroxyethyl-Piperazineethanesulfonic Acid
HIV Humaan Immunodeficientie Virus
HRP Horseradish Peroxidase
HTLV Human T Cell Leukemia Virus
IMDM Iscove's Modified Dulbecco's Medium
IRES Internal Ribosome Entry Site
kDa kilo Dalton
LTNP Long-Term Nonprogressor
LTR Long Terminal Repeat
MHC Major Histocompatibility Complex
mRNA Messenger RNA
MuLV Murine Leukemia Virus
Nef Negative Factor
NFW Nuclease Free Water
ORF Open Reading Frame
PBS Phosphate Buffered Saline
PBS Primer Binding Site
PCP Pneumocystis Carinii Pneumonie
PCR Polymerase Chain Reaction
PE Fycoërythrine
PI Propidium Iodide
PIC Pre Integratie Complex
Pol Polymerase
PVDF Polyvinylideenfluoride
qPCR Real-Time quantitative PCR
Rev Regulator Of Viral Protein Expression
RNA Ribonucleic Acid
RRE Rev Responsive Element
RT Reverse Transcriptase
SDS Sodium Dodecyl Sulfate
SIN Self Inactivating
SIV Simian Immunodeficientie Virus
SupT1 Stanford University Pediatric T-Celline
-
3
SV40 Simian Virus 40
TAE Tris-Acetaat-EDTA
Tat Transcriptional Activator
TBS Tris Buffered Saline
TCR T-Cel Receptor
Vif Viral Infectivity Factor
Vpr Viral Protein R
Vpu Viral Protein U
Vpx Viral Protein X
WPRE Woodchuck Hepatitis Virus Posttranscriptional Regulatory
Element
WT Wild-Type
XGPRT Hypoxanthine-Guanine Phosphoribosyltransferase
Ѱ Psi Packaging Signal
-
4
3. Figurenlijst
FIGUUR 1 HIV taxonomie.
FIGUUR 2 Vergelijking genoom eenvoudig en complexe
retrovirussen.
FIGUUR 3 Structuur HIV.
FIGUUR 4 Replicatiecyclus HIV.
FIGUUR 5 Overzicht functies HIV-1 Nef.
FIGUUR 6 Vergelijking CD4-downregulatie Nef (niet)
getransduceerde SupT1-cellen.
FIGUUR 7 Abnormaal fenotype na Pex Nef transductie.
FIGUUR 8 Essentiële cis-acting elements in retrovirale vectoren
en vector replicatie cyclus.
FIGUUR 9 Overzicht proces gentransfer.
FIGUUR 10 Types van retrovirale vectoren.
FIGUUR 11 Voorstelling LTR configuratie in de replicatiecyclus
van een eenvoudig retroviraal
genoom.
FIGUUR 12 Schematische weergave SIN-vector en provirale
vorm.
FIGUUR 13 TRIP-CMV-GFP-WPRE vector plasmide.
FIGUUR 14 Schematische voorstelling van Nef+ en Nef
- retrovirale vector genomen.
FIGUUR 15 Standaardcurve Western Blot.
FIGUUR 16 Inhoud Xcell II Blot Module.
FIGUUR 17 Afbeelding van de sequentie homologie tussen
TRIP-CMV-GFP-WPRE en pHsCXW.
FIGUUR 18 Primer posities in de TRIP-CMV-EGFP-WPRE vector
sequentie.
FIGUUR 19 Voorstelling van de gegenereerde TRIP-sequenties op
basis van primers 1 t.e.m. 9.
FIGUUR 20 Agarosegel-electroforese TRIP-CMV-EGFP-WPRE.
FIGUUR 21 Agarosegel-electroforese TRIP-CMV-EGFP-WPRE,
pTRIP-EF1α, pTRIP-EF1α-
WPRE, pTRIP-CMV en pTRIP-delta U3-CMV-GFP.
FIGUUR 22 Flowcytometrische evaluatie van CD4-receptor
downregulatie in niet-getransduceerde
Jurkat-cellen.
FIGUUR 23 Flowcytometrische evaluatie van CD4-receptor
downregulatie in SIVsm FWr-nef,
SIVgor-nef en NL4-3 nef getransduceerde SupT1- cellen.
FIGUUR 24 Flowcytometrische evaluatie van CD4-receptor
downregulatie in SIVsm FWr-nef,
SIVgor-nef en NL4-3 nef getransduceerde Jurkat-cellen.
FIGUUR 25 Sorteringsstrategie Nef getransduceerde
SupT1-cellen.
FIGUUR 26 Flowcytometrische evaluatie Nef gemediëerde
CD4-downregulatie 7 dagen post-sort.
FIGUUR 27 Western Blot actine.
FIGUUR 28 Western Blot Nef.
FIGUUR 29 Amplificatie plots actine en nef qPCR.
FIGUUR 30 Primers gebruikt voor PCR amplificaties van LZRS-Pex
Nef-IRES-EGFP.
-
Inleiding
5
4. Inleiding
4.1 Humaan Immunodeficiëntie Virus
4.1.1 HIV ontdekking en taxonomie
In het begin van de jaren 1980 merkten Amerikaanse artsen een
opmerkelijke toename op in de
incidentie van Pneumocystis Carinii Pneumonie (PCP) en Kaposi‟s
sarcoma bij jonge homoseksuele
mannen en intraveneuze druggebruikers. De verwekker van deze
epidemie, het Humaan
Immunodeficiëntie Virus (HIV) werd in 1983 ontdekt door twee
Franse virologen, Dr. Barré-Sinoussi
en Dr. Montagnier (gedeelde Nobelprijs Geneeskunde 2008) (Sanjay
2008, Institute of Tropical
Medicine 2010).
Het Humaan Immuno Deficiëntie Virus (HIV) is een lentivirus dat
een tropisme heeft voor cellen van
het immuunsysteem die de membraangebonden CD4 oppervlakte
receptor tot expressie brengen (T-
helper cellen, monocyten, macrofagen, dendritische cellen,
Langerhans en microglia cellen).
Wereldwijd zijn er 33,4 miljoen mensen geïnfecteerd met HIV
(UNAIDS 2009). Een HIV-infectie
wordt gekenmerkt door het progressief verdwijnen van CD4 helper
T-lymfocyten. Omdat deze cellen
een centrale rol spelen in de menselijke immuun respons op een
infectie leidt dit tot het ontstaan van
een verworven immuundysfunctie syndroom of AIDS, gekenmerkt door
opportunistische infecties en
kanker, waaraan jaarlijks 2 miljoen mensen overlijden (Butel,
Brooks et al. 1995, Levinson 2006,
UNAIDS 2009) (voor een review zie: „HIV and the Pathogenesis of
AIDS‟ Levy 1998).
Er zijn twee verschillende varianten van het humane aidsvirus,
het HIV type 1 (HIV-1) en het HIV
type 2 (HIV-2). Deze HIV types blijken af te stammen van Simian
Immunodeficiëntie Virussen (SIV),
een groep aan HIV verwante maar unieke lentivirussen die bij
verschillende aapsoorten infecties
veroorzaken. Deze SIV‟s zijn via afzonderlijke zoönotische
overgangen in de menselijke populatie
terecht gekomen. Het HIV-1 genoom vertoont een sterke genetische
verwantschap met SIV afkomstig
van Chimpansees (Pan troglodytes) SIVcpz , terwijl HIV-2 eerder
verwant is aan SIV geïsoleerd uit
Sooty Mangabey‟s (Cercocebus atys) SIVsm. (Mims, Dockrell et al.
2004, Ariën, Abraha et al. 2005,
Ariën & Verhasselt 2008, Kumar & Clark 2009, Los Alamos
2009)
HIV-1 heeft in de hele wereld nieuwe epidemieën gesticht en
breidt zich nog steeds verder uit. Op
basis van de nucleotide sequentie wordt HIV-1 verder
onderverdeeld in drie verschillende groepen: M
(Major), O (Outlier) en N (Non M-Non O). Het zijn de groep M
virussen die verantwoordelijk zijn
voor de wereldwijde AIDS epidemie (Mims, Dockrell et al. 2004,
Ariën, Abraha et al. 2005, Los
Alamos 2009). Op FIGUUR 1 naar Bailes, Gao et al. 2003 en Ariën,
Abraha et al. 2005 wordt de
onderverdeling van de verschillende HIV stammen naargelang hun
oorsprong weergegeven.
-
Inleiding
6
4.1.2 HIV Genoom
Het HIV-virus behoort tot de familie van Retrovirussen, meer
specifiek tot de Lentiviridae (lenti,
Latijn: traag), omwille van de lange klinische latentie periode
die de AIDS gerelateerde symptomen
voorafgaat (Butel, Brooks et al. 1995, Mims, Dockrell et al.
2004, Kumar & Clark 2009).
Retrovirussen omvatten een grote en diverse groep van met een
envelop omgeven RNA-virussen, die
gebruik maken van een specifieke replicatie strategie om zich te
vermenigvuldigen. Deze virussen
bezitten namelijk het vermogen om via een reverse transcriptase
hun virale ribonucleïnezuur (RNA)
genoom om te zetten tot desoxyribo-nucleïnezuur (DNA). Dit
genoom kunnen ze hierna met behulp
van het integrase integreren in het gastheercel genoom waarna ze
de capaciteiten van de gastheercel
gebruiken om nieuwe retrovirussen te creëren (Butel, Brooks et
al. 1995, Levinson 2006).
Retrovirussen bezitten een lineair RNA genoom dat tussen zeven
en twaalf kilobasenparen (kbp) groot
is. Het retrovirale genoom bevat steeds de drie essentiële genen
gag, pol en env, die noodzakelijk zijn
om de structuur van een virion op te bouwen. De genen worden aan
elk uiteinde geflankeerd door een
Long Terminal Repeat (LTR), een herhaalde nucleotide sequentie
die functioneert als een promotor en
transcriptie initiator en die daarnaast ook mee de integratie in
het genoom aanstuurt (Coffin, Hughes et
al. 1997, Peterlin & Trono 2003).
Het Murine Leukemia Virus (MuLV) is een voorbeeld van een
eenvoudig retrovirus enkel opgebouwd
uit de drie essentiële genen. Meer complexe retrovirussen zoals
Humaan T-lymfotroop virus (HTLV),
HIV-1 en HIV-2 bevatten daarnaast nog enkele extra
genen. Het 9,7 kbp genoom van HIV bevat bv. naast
gag pol en env nog twee regulerende genen tat en rev
en vier accessoire genen nef, vif, vpr en vpu (voor hun
functie zie onderstaande tabel) (Peterlin & Trono 2003,
Mims, Dockrell et al. 2004, Levinson 2006). We
gebruiken FIGUUR 2 naar Fields, Knipe et al. 2001 om
deze verschillen tussen eenvoudige en meer complexe
retrovirale genomen te verduidelijken.
FIGUUR 2. Vergelijking genoom eenvoudige en meer complexe
retrovirussen.
De genen van MuLV, HTLV-I, HIV-1 and HIV-2 worden voorgesteld in
hun provirale vorm.
De lengte van de verschillende provirale DNA‟s wordt vergeleken
met het 9.7 kb HIV provirus.
Bron: “Fields’ Virology” 4th; Fields, Knipe et al. 2001
Lippincott Williams & Wilkins.
FIGUUR 1. HIV taxonomie: onderverdeling HIV stammen in groepen
en subtypes naar SIV oorsprong.
SIVcpz= SIV Chimpansee; SIVgor= SIV Gorilla; SIVsm = SIV Sooty
Mangabye
-
Inleiding
7
In onderstaande tabel vatten we de functies van de verschillende
HIV genen samen (Greene & Peterlin
2002, Mims, Dockrell et al. 2004, Levinson 2006).
4.1.3 HIV Virion
Het HIV nucleaire capside, gevormd door gag-eiwitten (p24),
wordt omgeven door een matrix (p17) en een lipide membraan
(de envelop) afgeleid van zowel gastheer plasmamembraan als
door env gecodeerde virale glycoproteïnen (gp120 en gp41).
In het capside bevindt zich het enkelstrengig RNA-genoom,
alsook enzymen gecodeerd door het pol-gen (reverse
transcriptase en integrase) (Levy 1998, Levinson 2006).
4.1.4 HIV Replicatie cyclus
Zoals alle retrovirussen kan HIV zich niet zelfstandig
repliceren en maakt het hiervoor gebruik van de
capaciteiten van de gastheercel. De replicatiecyclus van HIV
wordt geïllustreerd aan de hand van
FIGUUR 4 naar Peterlin & Trono 2003.
(1) Alle primaat lentivirussen gebruiken een CD4 oppervlakte
receptor om een doelwitcel te
infecteren. De eerste stap in de replicatie cyclus van HIV is
dan ook de binding van het virale gp120
envelop eiwit aan de CD4-receptor van het gastheerceloppervlak.
Daarnaast bindt het virale gp120
eiwit ook nog een tweede receptor of co-receptor. Deze binding
is noodzakelijk om celmembraan fusie
mogelijk te maken. De co-receptor waar HIV mee interageert is
een chemokine-receptor, meestal de
CCR5- of CXCR4-receptor.
(2) De binding van gp 120 met de co-receptor veroorzaakt
conformationele veranderingen in het gp41,
waardoor een fusiepeptide gevormd wordt dat de cel penetreert.
Dit peptide trekt de twee cellen naar
elkaar toe wat leidt tot de versmelting van virale- en
gastheercelmembraan (de entry). Recente
gegevens wijzen er op dat deze fusie vnl. in een endosoom na
endocytose van het virion gebeurt.
Gemeenschappelijke retrovirale genen HIV specifieke genen
Gen Functie genproduct Gen Functie genproduct
gag codeert voor interne structurele eiwitten (oa p24) vif
Bevordert virale infectiviteit.
pol Codeert voor reverse transcriptase, Rnase H
(afbraak RNA in RNA-DNA-hybride molecuul)
integrase en protease
vpr Bevordert transport virale preïntegratie
complex van cytoplasma naar kern.
env codeert voor gp 160, voorloper glycoproteïne van
gp120 en gp41 vpu Versnelt virion release uit de cel.
tat Verhoogt virale gentranscriptie.
rev Vergemakkelijkt de export van
unspliced mRNA uit de kern.
nef Bevordert CD4 en MHCI downregulatie,
verhoogt virion infectiviteit en cellulaire
activatie.
FIGUUR 3.Structuur HIV: HIV bolvormig virion opgebouwd uit een
nucleocapside (p24)
en een matrix (p17), omgeven door een envelop (o.a. gp120 en
gp41). Bron: “Review of
medical microbiology and immunology” Levinson 2006 McGraw-Hill
Medical.
-
Inleiding
8
(3) Hierop volgt uncoating van het virale capside waardoor het
pre-integratie complex (PIC) in het
cytoplasma vrijkomt. Het PIC wordt hierna langs het microtubuli
netwerk getransporteerd naar de
nucleus.
(4) Het reverse transcriptase schrijft het genomisch RNA over
waardoor lineair en cirkelvormig
dubbelstrengig DNA ontstaat. Het lineaire DNA wordt met behulp
van het integrase geïntegreerd in
regio‟s van het gastheer genoom actief in transcriptie.
(5) De 5‟ LTR initieert daarop de transcriptie van het provirus
tot retroviraal mRNA. Sommige genen
zoals nef vormen hierop een uitzondering en worden reeds voor
integratie tot expressie gebracht.
(6) Na transcriptie volgt de translatie van het mRNA, waardoor
enzymatische eiwitten betrokken in de
replicatie gesynthetiseerd worden. Nadien worden late domeinen
van gag tot expressie gebracht
waarna deze producten het genoom omkapselen en een nieuw virion
vormen.
(7) Na budding uit de gastheercel worden de eiwitten door
cellulaire en virale proteasen gesplitst
waardoor uiteindelijk een matuur en infectieus HIV partikel
ontstaat (Butel, Brooks et al. 1995,
Levinson 2006, Kirchhoff 2009).
4.2 HIV-Nef
4.2.1 Nef structuur en functie
Nef is een 27-29 kDa accessoir eiwit dat vroeg in de virale
levenscyclus, nog voor integratie, tot
expressie wordt gebracht. Nef zorgt voor een downregulatie van
de CD4 oppervlakte receptor wat een
centrale rol speelt in de progressie van een HIV infectie naar
AIDS.
FIGUUR 4. HIV replicatie cyclus. Voor een verklaring van de
nummering wordt verwezen naar de tekst. Env: envelop
proteïne; IN: integrase; LTR: long terminal repeat; MA: matrix;
Nef: negative factor; Rev: regulator of virion protein
expression; ssRNA: enkelstrengig RNA; Tat: transcriptional
transactivator protein; Vif: viral infectivity factor; Vpr:
viral
protein r; Vpu: viral protein u. Bron: “Hide, shield and strike
back: how hiv-infected cells avoid immune eradication.”
Peterlin
& Trono 2003 Nature Reviews Immunology
7
6
5
4
3
2
1
-
Inleiding
9
De aanwezigheid van het nef gen is in alle primaat lentivirussen
(HIV-1, HIV-2 en SIV) sterk
geconserveerd maar de sequentie kan tussen deze verschillende
species sterk verschillen (Raney, Shaw
et al. 2007). Nef werd eerst geïdentificeerd als een open
reading frame (ORF) dat gedeeltelijk overlapt
met de 3' LTR van HIV-1. Men dacht dat het een negatief effect
had op de virale replicatie vandaar de
naam 'negatieve factor' of Nef. Een totaal verkeerde benaming,
want ondertussen hebben diverse
studies aangetoond dat meerdere cellulaire routes opgereguleerd
worden na Nef expressie en dit ook
bijdraagt tot de virale replicatie (Das & Jameel 2005).
Nef is functioneel complex en functioneert waarschijnlijk als
een moleculaire adapter die via eiwit-
eiwit interacties cellulaire signalen onderschept (Raney, Shaw
et al. 2007). De grote flexibiliteit van
het eiwit zorgt ervoor dat Nef kan interageren met een groot
aantal cellulaire partners (Geyer &
Peterlin 2001, Ariën & Verhasselt 2008, Kirchhoff, Schindler
et al. 2008).
Het belang van Nef in de pathogenese van een HIV infectie werd
aan het licht gebracht na het
bestuderen van SIV infecties bij Makaken en HIV infecties bij
Long-term Nonprogressors (LTNP).
Men stelde vast dat Rhesus Makaken besmet met een SIVmacδ239
mutante stam die Nef niet tot
expressie kon brengen, geen hoge virale load en in
overeenstemming hiermee ook geen AIDS tekenen
ontwikkelden (Luciw, Shaw et al. 1992, Kirchhoff, Greenough et
al. 1995, Chakrabarti, Metzner et al.
2003). Overeenstemmend met dit resultaat bleken LTNP, HIV
geïnfecteerde individuen die na meer
dan tien jaar infectie klinisch en ook biologisch asymptomatisch
blijven, soms geïnfecteerd te zijn met
een stam die deleties in het nef-gen bevat (Kirchhoff, Greenough
et al. 1995, McIntyre, Geczy et al.
1999, Verity, Zotos et al. 2007). Deze beide resultaten geven
aan dat de aanwezigheid van het Nef
eiwit in vivo de progressie naar AIDS versnelt of eventueel
zelfs essentieel is in de pathogenese ervan
(Verhasselt, Naessens et al. 1999, Kirchhoff, Schindler et al.
2008).
HIV-1 Nef voert een opvallende diversiteit aan activiteiten uit
die samengevat worden in FIGUUR 5
naar Kirchhoff 2009. De belangrijkste functies zijn de CD4,
Major Histocompatibiliteits Complex
(MHC)-I en MHC-II downregulatie en de versterking van de virale
infectiviteit en replicatie.
FIGUUR 5. Overzicht functies HIV-1 Nef. Gele kaders geven de
meest en oranje de minst prominente functies van HIV-1 Nef
weer. Blauwe kaders zijn functies specifiek voor Nef.
Er:endoplasmatisch reticulum; IL:interleukine; LCK: lymfocyt
specifiek
tyrosine kinase; MHC: major histocompatibility complex; TgFβ:
transforming growth factor‑β; sDF:stromal cell-derived factor 1;
Ub:ubiquitine. Bron: “Is the high virulence of HIV-1 an unfortunate
coincidence of primate lentiviral evolution?” Kirchhoff 2009
Nature Reviews Microbiology.
-
Inleiding
10
4.2.2 Downregulatie van CD4 expressie
HIV-1 gebruikt drie genproducten (Vpu, Env en Nef), om zijn
primaire receptor te downreguleren wat
het belang van CD4-modulatie in de pathogenese van HIV duidelijk
beklemtoont. In tegenstelling tot
Nef worden Vpu en Env laat tot expressie gebracht en verstoren
ze het transport van de nieuw
gesynthetiseerde receptoren naar het oppervlak. Nef is het enige
eiwit dat inwerkt op CD4 moleculen
die reeds voor de infectie op het celoppervlak aanwezig zijn,
waardoor dit eiwit de meest prominente
rol in de CD4 downmodulatie van HIV-1-geïnfecteerde T-cellen
speelt. Nef rekruteert adaptor
proteïne (AP)- 2 -complexen die de endocytose van de
CD4-receptor stimuleren, waarna dit endosoom
naar de lysosomen gedirigeerd wordt voor afbraak.
De CD4-downmodulatie is de belangrijkste functie van Nef en
heeft dan ook talrijke gevolgen. Omdat
CD4 met het MHC-II op antigeen presenterende cellen (APCs)
reageert kan CD4-downmodulatie de
antivirale immuunrespons verzwakken. CD4 is ook een belangrijke
co-stimulatoire factor van T cel
receptor (TCR)-gemedieerde activering van T cellen. Bovendien is
aangetoond dat CD4-
downmodulatie de release en besmettelijkheid van HIV-1 partikels
verhoogt (Foster & Garcia 2008,
Kirchhoff, Schindler et al. 2008).
4.3 Onderzoeksproject: Transductie van HIV-nef in
T-cellijnen
In aanwezigheid van HIV-1 Nef verwacht men een downregulatie van
de CD4 oppervlakte receptor
zoals voorgesteld in FIGUUR 6 naar Verhasselt, Naessens et al.
1999.
Na gentransfer van Pex Nef retrovirus (LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP)
in humane SupT1-cellen werden
op flowcytometrische analyse afwijkende resultaten in
membraangebonden CD4-downmodulatie
gevonden. Deze downregulatie bleek namelijk in een gedeelte van
de met Pex Nef retrovirus
getransduceerde cellen niet plaats te grijpen, waardoor een
celpopulatie met een abnormaal fenotype
tot stand kwam. Deze SupT1-transducties werden herhaald met
zowel LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP
Wild Type plasmide DNA, als met LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP F191R
Mutant plasmide DNA
bevattend retrovirus (voor meer informatie betreffende de
vectorconstructen zie „4.4.7 Retro- en
lentivriale vectoren in het onderzoeksproject‟).
FIGUUR 6. Vergelijking van CD4-downregulatie tussen Nef
getransduceerde (rechts) en niet-Nef getransduceerde
SupT1-cellen
(links). Bivariate dotplots (CD4-fycoërythrine en EGFP) van
flowcytometrische metingen. Kwadranten ingesteld om 99% van
de
gekleurde niet getransduceerde cellen in bovenste linker
kwadrant te
bevatten. De tabellen geven het percentage cellen in elk
kwadrant
weer. Bron: “Human immunodeficiency virus nef gene
expression
affects generation and function of human T cells, but not
dendritic
cells” Verhasselt, Naessens et. al. 1999 Blood.
-
Inleiding
11
In de flowcytometrische analyse van deze getransduceerde cellen
(FIGUUR 7), kan een duidelijk
verschil in CD4-downregulatie opgemerkt worden, wat aanleiding
geeft tot het ontstaan van twee
aparte populaties: enerzijds een celpopulatie met de verwachte
downmodulatie, de CD4-negatieve
(CD4-) populatie (niet afgebakende populatie, onderaan op FIGUUR
7 A en B) en anderzijds een
populatie waarbij Nef functie afwezig is, de CD4-positieve
(CD4+) (afgebakende populatie bovenaan
op FIGUUR 7 A en B). Het lijkt alsof deze CD4+-cellen Nef niet
tot expressie brengen, ofwel in een
onvolledige vorm, waardoor het eiwit zijn functie niet langer
kan uitoefenen.
Het doel van dit onderzoek bestaat er in om na te gaan hoe het
mogelijk is dat het HIV-1-Nef, via
retrovirale gentransfer ingebracht in humane CD4-positieve
T-cellen, zijn CD4 downregulerende
vermogen kan verliezen. Om de oorzaak van het ontstaan van dit
abnormale fenotype te achterhalen,
werd onderzoek op drie niveaus uitgevoerd:
1. Op het niveau van het eiwit zelf werd gekeken of er tussen de
CD4-positieve en negatieve
populatie een duidelijk verschil in Nef expressie waarneembaar
is. De eiwit expressie werd
geanalyseerd aan de hand van Western Blot, waarbij gebruik
gemaakt werd van specifieke
antilichamen gericht tegen Nef.
2. Op het niveau van mRNA werd bekeken of er in de
CD4+-populatie nef transcript aanwezig was
en of er een verschil in het aantal nef transcripten bestond
tussen de CD4+ en CD4
--cellen.
Hiervoor werd kwantitatieve Real-Time Polymerase Chain Reaction
(qPCR) aangewend.
3. Op DNA niveau werd nagegaan of het vector genoom zijn juiste
configuratie behield en of er
mutaties in het genoom ingebouwd werden. Hiervoor werd PCR en
sequencing-PCR toegepast.
Voor de praktische toepassingen in dit deelproject werd
samengewerkt met Nathalie Van Tittelboom
(“De rol van HIV-1 Nef in virale fitness: analyse van
onverwachte expressieprofielen na transductie in
T-cellijnen”). Om de vereiste labotechnieken, besproken in
Methodologie, voor dit onderzoek onder
de knie te krijgen, werd me eerst een ander deelproject
toegewezen. Hierbij was het de bedoeling om
een niet eerder gekarakteriseerd gedeelte van de lentivirale
TRIP-CMV-GFP-WPRE vector sequentie
dat zich tussen de LTR en Ampicilline resistentie regio bevindt,
te achterhalen. Aan de hand van dit
deelproject konden enkele specifieke technieken ingeoefend
worden.
FIGUUR 7.
A) Bivariate dotplot (CD4-PE en EGFP) B) Bivariate dotplot
(CD4-PE en EGFP)
LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP Wild Type LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP F191R
Bevestiging van 2 verschillende populaties, zowel zonder
(afgebakende populatie) als met CD4-downregulatie.
-
Inleiding
12
4.4 Retro- en Lentivirale gentransfer
4.4.1 Retrovirale vectoren
We haalden reeds aan dat retrovirussen zich efficiënt kunnen
integreren in het genomisch DNA van
zoogdiercellen om zo hun genen tot expressie te brengen. Van
deze eigenschap maakt men gebruik om
vreemde genen in het genomisch DNA van een doelwitcel in te
brengen (gentransfer).
Men construeert hiervoor retrovirale vectoren, waarbij men genen
van een retrovirus vervangt door
andere genen (transgenen) waarvan men de effecten wenst te
bestuderen (met een transgen packaging
capacity tot 7500 basenparen). In tegenstelling tot Herpes
Simplex of Adenovirussen bieden
Retrovirussen een stabiele en langdurige transgen expressie. De
constructen behouden hun infecterend
potentieel en kunnen in een breed scala van celtypes
getransduceerd worden, maar zijn niet in staat om
opnieuw de volledige retrovirale replicatie cyclus te doorlopen.
De geïnfecteerde cel brengt vervolgens
de getransduceerde genen tot expressie waarna hun functie
geanalyseerd kan worden (Coffin, Hughes
et al. 1997, Walther & Stein 2000, Pluta & Kacprzak
2009).
Voor een efficiënt en veilig retroviraal vector construct dienen
alle virale genen die niet noodzakelijk
zijn om gentransfer mogelijk te maken, verwijderd te worden.
Enkel de regio‟s betrokken bij de eerste
stappen van de retrovirale levenscyclus (de entry, reverse
transcriptie en integratie) worden behouden.
Deze sequenties worden cis-acting elements genoemd, omdat ze in
het genoom aanwezig moeten zijn
om hun functie te kunnen uitoefenen. Op FIGUUR 8 naar Coffin,
Hughes et al. 1997 staan de cis-
acting sequenties noodzakelijk voor retrovirale vector
replicatie aangeduid. Trans-acting elements
zoals de genen gag pol en env, worden uit het construct
verwijderd en naast het genoom in de
producer cel tot expressie gebracht (Coffin, Hughes et al. 1997,
Buchschacher 2001).
(1) Een promoter in de U3 LTR
(2) Een polyadenylatie signaal in de U5 LTR
(3) een viraal verpakking signaal () voor
incorporatie van vector RNA in virionen
(4) reverse transcriptie signalen:
transfer-RNA bindingsplaats (PBS)
polypurine tract (PPT) voor initiatie van
synthese eerste en tweede DNA streng
een herhaalde (R) regio aan beide
uiteinden van het virale RNA nodig in DNA-
synthese
(5) korte, gedeeltelijk geïnverteerde herhaalde sequenties
op het eind van LTR noodzakelijk voor integratie (niet
aangeduid op figuur) (Coffin, Hughes et al. 1997,
Buchschacher 2001).
FIGUUR 8. Essentiële cis-acting elements in retrovirale
vectoren en vector replicatie cyclus. Legende : zie tekst.
Bron : “Retrovirusses” Coffin,. Hughes et. al. 1997 Cold
Spring Harbor Laboratory Press
-
Inleiding
13
Zoals hierboven vermeld moeten de virale eiwitten Gag, Pol en
Env uiteraard wel aanwezig zijn om
een infectieuze virale vector te produceren. Deze eiwitten
worden gecodeerd van afzonderlijk RNA
verpakkingsconstructen (zie ook FIGUUR 9). Om de kans op het
ontstaan van een replicatie-
competent infectieus retrovirus te minimaliseren, zal men de
gag-pol genen op een ander construct dan
het env gen tot expressie brengen (Buchschacher 2001).
4.4.2 Procedure retrovirale gentransfer
In FIGUUR 9 naar Buchschacher 2001 worden de verschillende
stappen van retrovirale gentransfer
samengevat:
1) Gentische manipulatie van retroviraal RNA tot vector en
verpakkingsconstructen.
2) Transfectie, het inbrengen van de retrovirale vector en
verpakkingsconstructen in een cellijn
geschikt om retroviraal vectorvirus te produceren (in ons geval
Phoenix Ampho cellen).
3) Productie van virale proteïnen.
4) Assemblage van virionen bestaande uit vector RNA en het
virale eiwit uit de
verpakkingsconstructen.
5) Oogsten van de mature virionen.
6) Transductie of het infecteren van doelwitcellen (in ons geval
SupT1-cellen) met retrovirale
vectorvirionen.
7) Reverse transcriptie en integratie van het vector genoom.
8) Expressie van het gen van interesse.
4.4.3 Types retrovirale vectoren
In het basis construct wordt een transgen door een LTR promotor
tot expressie gebracht (A, FIGUUR
10). Het is echter mogelijk om wijzigingen in dit construct aan
te brengen die meer controle over de
genexpressie mogelijk maken of toelaten meer dan 1 gen
gelijktijdig tot expressie te brengen. Het gen
kan via een interne promotor tot expressie gebracht worden
(B).
1
2
3
4
5
6
7
8
FIGUUR 9. Overzicht retrovirale gentransfer. Bron: “Introduction
to Retroviruses and Retroviral Vectors”
Buchschacher 2001 Somatic Cell and Molecular Genetics.
-
Inleiding
14
Men kan door alternatieve splicing twee transcripten
genereren waaruit twee verschillende genen tot expressie
gebracht worden (C). Dit is ook vanuit één transcript
mogelijk door een heterologe promotor tussen de twee
genen te plaatsen (D).
Een andere mogelijkheid is een interne ribosomaal
entry site (IRES) te gebruiken die cap-
onafhankelijke translatie van het downstream gen
mogelijk maakt (E) (Coffin, Hughes et al. 1997,
Palu, Parolin et al. 2000).
4.4.4 Transfectie en transductie efficiëntie verhogen
Transfectie en transductie zijn zelden volledig geslaagd, wat
wil zeggen dat niet elke productie- of
doelwitcel respectievelijk virus aanmaakt of er mee geïnfecteerd
wordt. Om analyse enkel op de
succesvol getransfecteerde of getransduceerde celpopulaties toe
te spitsen, werden technieken
ontwikkeld die het mogelijk maken om deze populaties af te
zonderen (Lodish 2004).
Om de transfectie efficiëntie op te drijven wordt een puromycine
resistentie gen aan de vector
toegevoegd wat de transfectanten (producer cellen) immuun maakt
voor dit antibioticum. Na
transfectie stelt men de cellen bloot aan puromycine waarna
enkel deze producer cellen opgroeien die
het resistentiegen en dus het vectorconstruct bevatten. Aan de
vector wordt eveneens een ampiciline
resistentie gen toegevoegd, wat toelaat om bacteriën na
transformatie te selecteren voor het opgroeien
van de plasmide vector. Om getransduceerde cellen te kunnen
onderscheiden van cellen die geen
vector-virus bevatten wordt in het construct een Enhanced Green
Fluorescent Protein (EGFP) gen
ingebracht, wat voor een groen fluorescerend eiwit codeert. De
doelwitcellen die vectorvirus bevatten
(geslaagde transductie) zijn zodoende in staat om naast het gen
van interesse eveneens het EGFP eiwit
te produceren, wat visuele controle onder de
fluorescentiemicroscoop mogelijk maakt. Het is op basis
van dit EGFP eveneens mogelijk om via Fluorescence-activated
cell sorting (FACS) de
getransduceerde cellen fysiek te scheiden van de
niet-getransduceerde populatie (zie ook
Methodologie) (Tsien 1998, Kittler & Moss 2006).
4.4.5 Lentivirale vectoren
Lentivirussen bezitten de eigenschap om zowel delende als niet
delende cellen (zoals o.a. primaire
hepatocyten, progenitor- en stamcellen, niet-delende monocyten
en macrofagen) te infecteren, wat het
zeer bruikbare vectoren voor gentransfer maakt (Pluta &
Kacprzak 2009). Zeven jaar na de ontdekking
van HIV werd een eerste op HIV-1 gebaseerd vectorconstruct
beschreven (Page, Landau et al. 1990).
Om HIV-1 als veilige vector te kunnen gebruiken is er een
uitgebreide genetische manipulatie van het
FIGUUR 10. Types van retrovirale vectoren. X,Y: genen van
interesse; P:promoter. Bron: “Retrovirusses”
Coffin,. Hughes et. al. 1997 Cold Spring Harbor Laboratory
Press.
A) LTR
B) Interne promoter
C) Alternatieve splicing
D) Multipele promoters
E) IRES
-
Inleiding
15
virale genoom nodig. De sequenties die coderen voor de virale
eiwitten worden verwijderd. Deze
worden wel in trans aangeboden, weliswaar met een ander
enveloppe eiwit, om naast de 'natuurlijke'
doelwitten de CD4-positieve cellen, een meer uitgebreid gamma
van doelwitcellen te bereiken (Coffin,
Hughes et al. 1997, Walther & Stein 2000). Voor een
volledige review zie: „Use of HIV as a gene
transfer vector‟ Pluta & Kacprzak 2009.
4.4.6 SIN vectoren
Omdat er bij het gebruik van deze vectoren steeds gevreesd werd
voor het ontstaan van een replicatie
competent virus, in het geval van lentivirale vectoren een
infectieuze HIV-stam, werden self-
inactivating (SIN) vectoren geconstrueerd (Palu, Parolin et al.
2000, Buchschacher 2001).
In het retrovirale RNA bestaat de LTR uit een direct herhaalde
sequentie R (repeat), en een U5 (5‟
unieke) of U3 (3‟ unieke) sequentie zoals geïllustreerd in
“Virion RNA” op FIGUUR 11 naar Coffin,
Hughes et al. 1997. Tijdens reverse transcriptie verandert deze
configuratie waardoor de LTR in het
provirus gevormd wordt door de opeenvolging van U3 R U5. Na
transcriptie neemt LTR weer zijn
oorspronkelijke R U5 / U3 R configuratie aan (Coffin, Hughes et
al. 1997).
In SIN vectoren heeft men een deletie aangebracht in de U3 regio
aan het 3‟ einde van het virale
genoom (ΔU3) waardoor regio‟s noodzakelijk voor transcriptie (de
TATA-box en bindingsplaatsen
voor transcriptiefactoren) uit het 3‟ LTR verwijderd zijn. Na
reverse transcriptie bevat de 5' LTR
regio van het provirus hierdoor geen enkele transcriptionele
activiteit meer. LTR fungeert in het
provirus dus niet langer als een promotor. De vector maakt dus
zelf via reverse transcriptie de
transcriptie vanuit LTR onmogelijk, vandaar
self-inactivating.
Op FIGUUR 12 naar Kittler & Moss 2006 worden een
SIN-lentivirale vector (boven, zoals aanwezig
in de producer cel) en de geïntegreerde provirale vorm (onder,
zoals aanwezig in de target cel)
schematisch weergegeven.
FIGUUR 12. Schematische weergave SIN lentivirale
vector (boven) en provirale vorm (onder). Witte
balken geven cis-acting elementen weer. Grijze balken
de retrovirale promotor en gearceerde het transgen.
Pr.: promotor; Ѱ: Psi verpakkingssignaal; cPPT: central
olypurine tract; WPRE: Woodchuck Hepatitis Virus
Posttranscriptional Regulatory Element.
Bron: “The Dynamic Synapse: Molecular Methods in
Ionotropic Receptor Biology” Kittler & Moss 2006 CRC
Press Taylor & Francis Group.
FIGUUR 11. Voorstelling LTR configuratie in de replicatiecyclus
van een eenvoudig retroviraal
genoom. Bron: “Retrovirusses” Coffin,. Hughes et. al. 1997 Cold
Spring Harbor Laboratory Press
-
Inleiding
16
De inactieve LTR noodzaakt een andere promotor om het
retrovirale construct tot expressie te
brengen. Meestal gebruikt men hiervoor de cytomegalovirus (CMV)
promotor, waardoor de
transcriptie meer onder controle kan gehouden worden (Palu,
Parolin et al. 2000, Buchschacher 2001).
Het transgen wordt van een interne promotor tot expressie
gebracht, zoals geïllustreerd in FIGUUR 10
(B). Het Woodchuck Hepatitis Virus Posttranscriptional
Regulatory Element (WPRE) wordt
toegevoegd om de expressie van het transgen te verhogen. De
centrale polypurine tract (cPPT) vormt
een DNA flap die de nucleaire import van dsDNA bevordert
(Kittler & Moss 2006). In elke vector
wordt ook een Rev-responsief element (RRE) gekloneerd, wat de
efficiënte van de nucleaire RNA
export verhoogt (Kittler & Moss 2006).
4.4.7 Retro- en lentivirale vectoren in het
onderzoeksproject
a. Lentivirale TRIP-CMV-GFP-WPRE vector
Het SIN-lentivirale TRIP-CMV-GFP-WPRE vector plasmide (9831 bp)
is afgebeeld in FIGUUR 13.
1) Het pUC replication origin is de DNA sequentie waar de
replicatie gestart wordt. Het pUC is een
replicatie origin van E. coli.
2) De Simian virus 40 (SV40) promotor-enhancer is een DNA
sequentie die de transcriptie efficiëntie
van de promotor verhoogt, noodzakelijk om een hoge expressie van
de transcripten mogelijk te
maken (Griffiths, Miller et al. 2000).
3) Xanthine-guanine fosforibosyl transferase (XGPRT) is een E.
coli purine enzyme dat xanthine of
guanine samen met phosphoribosylpyrofosfaat omzet tot xanthine
of guanine monofosfaat. In een
medium bestaande uit antibiotica en xhantine kunnen enkel deze
cellen overleven die het Xanthine-
guanine fosforibosyl transferase enzym en dus het vector
construct bevatten wat een meer
nauwkeurige selectie mogelijk maakt (Pratt & Subramani
1983).
b. Retrovirale LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP vector.
Het onderzoek werd uitgevoerd op een replicatie incompetent
retroviraal LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP
vectorvirus. Hierin wordt de Pex Nef-IRES-EGFP sequentie onder
de controle van een retrovirale
LTR promotor geplaatst zoals geïllustreerd in FIGUUR 14 (een
voorbeeld van FIGUUR 10 (E)).
FIGUUR 13. TRIP-CMV-GFP-WPRE vector plasmide (9831 bp),
samengesteld met VectorNti Advance 10.
-
Inleiding
17
Deze Pex-Nef is een consensus sequentie afgeleid van een 91 tal
HIV-1 subtype B geïnfecteerden in
een verschillend ziektestadium (Schindler, Rajan et al. 2007,
Foster & Garcia 2008). (Voor de
gebruikte Pex Nef sequentie zie BIJLAGE 1.) Het genoom wordt
afgeschreven tot een polycistronisch
mRNA waaruit gelijktijdig de individuele Nef als EGFP eiwitten
tot expressie gebracht worden,
waardoor aanwezigheid van Nef uit EGFP expressie afgeleid kan
worden (Verhasselt, Naessens et al.
1999).
4.5 Humane T-cellijnen
Hematopoietische cellijnen worden in immunologische of
hematologische studies dikwijls gebruikt als
model voor een cel in een bepaald stadium van differentiatie.
Meestal worden hiervoor Acute
Lymfatische Leukemie (ALL) cellen gebruikt, B of T cel
voorlopers waarbij de differentiatie halt
gehouden heeft in een bepaald stadium, maar die zich wel sterk
kunnen vermenigvuldigen. ALL-cellen
kunnen als maligne equivalenten model staan voor hun normale
tegenhangers in T- of B-cel
differentiatie.
T-ALL cellijnen worden sinds 1965 gebruikt voor immunologische
en moleculaire studies als
vertegenwoordigers van de normale T-cel differentiatie stadia.
Afhankelijk van het stadium worden
andere receptoren tot expressie gebracht. De CD7 receptor wordt
doorheen heel de differentiatie
episode tot expressie gebracht waardoor hij op alle T-cellen
aangetroffen kan worden, de CD3 receptor
daarentegen komt enkel bij de meer mature cellen tot expressie
(Smith, Shatsky et al. 1984).
De cellijn die wij in dit onderzoek gebruiken is een Stanford
University Pediatric T-cellijn (SupT1),
afkomstig uit het pleuravocht van een lymfoblastair lymfoom
gekenmerkt door een chromosoom 14
inversie (Robberecht, Waelbroeck et al. 1988). SupT1- cellen
zijn CD3-negatief (immatuur T-cel
stadium) en zowel CD4 als CD8-positief (Smith, Shatsky et al.
1984). De expressie van de CD4-
receptor maakt hen zeer geschikt als model voor de effecten van
HIV-Nef op humane T-cellen.
5. Methodologie
De laboratoriumtechnieken die aangewend werden in het kader van
deze thesis, zijn gebaseerd op
standaardprotocols gebruikt door het HIV-lab. Het merendeel van
deze technieken heb ik volledig
zelfstandig uitgevoerd en wordt hieronder dan ook meer uitvoerig
besproken. Het gaat hierbij om: het
invriezen, ontdooien en in cultuur brengen van eukaryote cellen,
transformatie van bacteriële cellen,
FIGUUR 14. Schematische voorstelling van retrovirale LZRS
vectoren. (A) Nef- genoom codeert voor het EGFP
gen 3‟ van een IRES, onder controle van een long terminal repeat
(LTR) promotor. Ѱ verpakkingssignaal, AAAA:
poly(A) eind van mRNA. (B) Nef+ genoom codeert voor zowel het
HIV Pex-nef gen als EGFP. Translatie van
mRNA produceert 2 proteïnes. Bron: “Human immunodeficiency virus
nef gene expression affects generation and
function of human T cells, but not dendritic cells” Verhasselt,
Naessens et. al. 1999 Blood.
-
Methodologie
18
extractie van plasmide DNA, PCR, qPCR, sequencing-PCR, DNA
purificatie en Western Blot. Voor
enkele andere technieken (transfectie en transductie,
FACS-analyse en -sorteren, RNA isolatie en
RNA reverse transcriptie tot cDNA) werd beroep gedaan op de
expertise van mijn begeleiders, die de
procedure uitvoerden terwijl ik de opeenvolgende stappen
observeerde. Deze technieken worden
minder gedetailleerd beschreven.
5.1 Methodologie: Sequentie-analyse TRIP deelonderzoek
5.1.1 Uitplaten van getransformeerde bacteriële cellen
In dit project werd gewerkt met ingevroren (-80°C)
glycerolstocks van E. coli cellen die volgende
plasmiden bevatten:
- pTRIP-CMV-EGFP-WPRE verkregen van het lab van Prof. dr.
Thielemans (VUB, Brussel).
- pTRIP-delta U3-CMV-GFP verkregen van het lab van Dr. Charneau
(Institut Pasteur, Parijs).
- pTRIP-EF1α verkregen van het lab van Prof. dr. De Byser (KUL,
Leuven).
- pTRIP-CMV verkregen van het lab van Dr. Charneau.
- pTRIP-EF1α-WPRE verkregen van het lab van Prof. dr. De
Byser.
De cellen bevonden zich per staal in 500 µL van een mix
bestaande uit 250 µL glycerol (Merck
KGaA, Darmstadt, Duitsland) en 250 µL Difco LB broth lennox
medium (Beckton Dickinson (BD)
Biosciences, Erembodegem, België). Van deze glycerolstocks werd
5 µL uitgeplaat op een met
ampicilline gesuplementeerde Difco LB agar lennox plaat (BD). Na
overnacht incubatie bij 37 °C in
een vochtige atmosfeer (7% CO2), werd 1 kolonie geïsoleerd die
bij 37 °C geïncubeerd werd in een
schudtafel (225 toeren per min (tpm)), nu in 12 mL LB
ampicilline (100 mg/mL) medium (Roche
Diagnostics, Bazel, Zwitserland).
5.1.2 Plasmide DNA purificatie
Voor de purificatie van het plasmide DNA (ook Miniprep geheten)
werd een methode gebaseerd op de
adsorptie van DNA aan een silicium membraan toegepast, gebruik
makend van de QIAprep Spin
Miniprep Kit (Qiagen, Venlo, Nederland). Deze omvat een
drieledige procedure:
1) Preparatie van bacterieel lysaat op basis van natrium dodecyl
sulfaat (SDS) en natrium
hydroxyde (NaOH), voor denaturatie van respectievelijk
bacteriële proteïnen en
chromosomaal en plasmide DNA.
2) Adsorptie van DNA aan QIAprep membraan.
3) Wassen en elueren van het plasmide DNA.
De afzonderlijk uitgevoerde stappen worden hieronder meer
gedetailleerd weergegeven. Alle stappen
werden uitgevoerd bij kamertemperatuur. Voor stap 1 werd gewerkt
onder de LaminAir HBB 2448
(Holten, Allerød, Denemarken).
1) Van elke uit 5.1.1 verkregen kolonie werd na 5 min
centrifugeren aan 6800 g in een Eppendorf
5415D (Eppendorf, Hamburg, Duitsland), een celpellet gemaakt.
Deze bacteriële pellet werd
geresuspendeerd in 250 μL Buffer P1 (bestaande uit een
combinatie van tris-
-
Methodologie
19
hydroxymethylaminomethane-hydrochloorzuur (Tris-HCl),
ethyleen-diaminetetraacetaat (EDTA)
en ribonuclease A). Aan de verkregen suspensie werd 250 μl
Buffer P2 (bestaande uit
natriumhydroxide (NaOH) en sodium dodecyl sulfaat (SDS))
toegevoegd. Het mengsel kleurde
door het vooraf toegevoegde LyseBlue aan de buffer, bij deze
reactie blauw. Vervolgens werd
350 μL Buffer N3 (de samenstelling van Buffer N3 wordt niet
vrijgegeven door Qiagen)
toegevoegd waarna de suspensie wit kleurde. Na 10 min
centrifugatie (13200 tpm) met Eppendorf
5415D, vormde er zich een duidelijk wit neerslag op de bodem van
de buis, met daarboven het
supernatans.
2) Dit supernatans werd voorzichtig op een QIAprep spin kolom
gedruppeld en via 1 min
centrifugatie (13200 tpm) werd het plasmide DNA aan de QIAprep
spinkolom gebonden.
3) De QIAprep spinkolom werd vervolgens gewassen met 0,75 mL
Buffer PE (de samenstelling van
Buffer PE wordt niet vrijgegeven door Qiagen) en 1 min
centrifugatie (13200 tpm). Om het DNA
ten slotte van de kolom te elueren, werd 50 μl Buffer EB
(bestaande uit tris-(hydroxymethyl)-
aminomethaan en hydrochloorzuur) in het midden van de kolom
gedruppeld, gevolgd door 1 min
incubatie en 1 min centrifugatie (13200 tpm).
Het verkregen supernatans bevatte het plasmide DNA, waarvan de
concentratie met behulp van de
NanoDrop bepaald werd.
5.1.3 Polymerase Chain Reaction
Polymerase Chain Reaction (PCR) is een techniek om bepaalde
regio‟s in DNA te vermenigvuldigen
met behulp van een enzym en sequentie specifieke primers
(Alberts 2002).
Elk PCR reactiemengsel bevatte volgende componenten: 5 µL 10 X
PCR buffer (Applied Biosystems
(ABI), Perkin Elmer, Foster City, USA), 3 µL 3,75 mM MgCl2
(ABI), 1 µL dNTPs (10 μM van elk
dNTP) (Fermentas, St. Leon-Rot, Duitsland), 0.2 µL van 5 units
Taq polymerase (ABI), 34,8 µL
nuclease-vrij water (NFW) (ABI) en 0.5 µL van 50 nmol/mL sense
en anti-sense primer.
Aan elke reactiemix werd 100 ng template DNA toegevoegd, wat
afhankelijk van het volume
aangelengd werd met NFW tot een totaal reactievolume van 50 µL.
Als negatieve controle werd in
plaats van het template DNA, 5 µL NFW toegevoegd. PCR reacties
werden met de Mastercycler
Gradient (Eppendorf) uitgevoerd onder volgende condities: 5 min
initiële denaturatie bij 94°C, 30
cycli van amplificatie bestaande uit 30 s denaturatie (94 °C),
30 s annealing (58 °C) en 2 min extensie
(72 °C), hierop volgde telkens een finale 7 min extensiestap bij
72 °C. Voor de gebruikte primers
verwijzen we naar „5.1.5 DNA sequencing‟.
5.1.4 Agarosegel-electroforese
Voor het analyseren van de PCR reactieproducten werd
gel-electroforese toegepast, een techniek om
DNA te scheiden op basis van een verschil in basenpaarlengte
(Alberts 2002).
Er werd een 2% Agarosegel gebruikt, gevormd uit een suspensie
van 3 g Agarose Multi Purpose
(Roche) en 150 mL 1 X Tris-acetate-EDTA (TAE) Buffer
(Invitrogen, Merelbeke, België). Voor het
-
Methodologie
20
aanleggen van het elektrisch veld werd gebruik gemaakt van een
PowerPac HC (Bio-Rad
Laboratories, Hercules, USA) gevuld met 0.5 X TAE Buffer. Het
PCR product werd op de gel geladen
samen met 6 X Loading Dye (ladingsbuffer en moleculaire
gewichtsmerker van Fermentas). Als
referentie ladders werden de Gene Ruler 100 bp Plus DNA Ladder
(1 µg/µL, 50 µg, Fermentas) en de
Gene Ruler 1 Kb Plus DNA Ladder (1 µg/µL, 50 µg, Fermentas )
gebruikt. Het DNA werd gedurende
1 u aan 150 Volt en 30 mA gescheiden op gel. Voor visualisatie
van het DNA werd de agarose gel na
electroforese, 30 min ondergedompeld in een EtidiumBromide
oplossing (Sigma-Aldrich, St.Louis,
USA), waarna via blootstelling aan UV licht een foto van de gel
gemaakt kon worden.
5.1.5 DNA Sequencing
Om de sequentie van DNA te bepalen hebben we ons gebaseerd op de
Sanger methode (besproken in
Sanger 1981). Deze methode maakt gebruik van dideoxynucleotide
trifosfaats (ddNTPs) of DNA chain
terminators (nucleotiden die een fosfaatgroep ontbreken), die na
inbouw in DNA verdere amplificatie
onmogelijk maken. Om DNA te sequencen wordt eerst een PCR
amplificatie van het template DNA
uitgevoerd in de aanwezigheid zowel ddNTPs gelabeld met een
verschillende fluorescentie als dNTPs.
Het laatste nucleotide van elke streng kan bepaald worden
doordat het terminale ddNTP van elk
amplicon na excitatie door een laser, een welbepaalde kleur
uitstuurt. Op deze manier kan de
nucleotiden volgorde van een hele regio bepaald worden (Alberts
2002).
Voor het sequencen werd gebruik gemaakt van de Big Dye
Terminator cycle sequencing kit (ABI) en
de Mastercycler Gradient (Eppendorf). Het pTRIP-CMV-EGFP-WPRE
plasmide DNA verkregen uit
„5.1.2 Plasmide DNA purificatie‟ werd gebruikt als template DNA.
Elk PCR reactiemengsel bevatte:
3,5 µL 5X Big Dye Sequencing buffer; 1 µL Ready Reaction mix;
2,5 µL van de gekozen primer (2
nM) en 100 ng template DNA (2 µL) aangevuld met NFW tot een
totaal reactievolume van 20 µL.
Sequencing PCR reacties werden onder volgende condities
uitgevoerd: 6 min initiële denaturatie bij
96 °C, 25 cycli bestaande uit 10 s denaturatie (96 °C) en 5 s
annealing (50 °C), en ten slotte 4 min
extensie bij 60 °C.
Deze sequencing reactieproducten werden vervolgens opgezuiverd
via een natriumacetaat-ethanol
precipitatie. Aan de 20 µL van elk PCR staal werd 52 µL van een
oplossing bestaande uit 50 µL 100%
ethanol (VWR International, Leuven, België) en 2 µL
natriumacetaat (3M; pH 5,5) (ABI) toegevoegd.
Na 10 min incubatie op ijs, werden de stalen gecentrifugeerd (30
min) in de Eppendorf 5415D (13200
tpm) waarna aan elk precipitaat 250 µL van een 70% ethanol
oplossing toegevoegd werd, gevolgd
door centrifugatie (10 min). De verkregen pellet werd 2 min
gedroogd (95 °C) op een Stuart Block
Heater 200D (Bibby Scientific Limited, Staffordshire, UK).
Nadien werd het DNA geresuspendeerd in
20 µL Hi-Di-formamide (ABI) waarna de finale oplossing 2 min op
het hitteblok geïncubeerd werd
(95 °C), gevolgd door enkele min incubatie op ijs. De
verschillende PCR-sequencing stalen konden
vervolgens geanalyseerd worden met de ABI 3130XL genetic
analyzer (ABI).
-
Methodologie
21
In onderstaande tabel worden de 10 gebruikte primers weergegeven
met hun respectievelijke richting
(sense (S) of anti-sense (AS)) en hun positie op basis van de
aangepaste TRIP-CMV-GFP-WPRE
vectorsequentie (besproken in „resultaten sequentie-analyse
TRIP-CMV-GFP-WPRE‟).
Primer Sequentie Richting Sequentie in vector1
1 CAA-GGC-AGC-TGT-AGA-TCT-TAG-C S 4319 – 4340
2 ATA-CCC-ACG-CCG-AAA-CAA-GC AS 6212 – 6231
3 CTG-CAC-ATA-CCT-GGC-TAA-TCC S 4799 – 4819
4 GCC-AGA-AAA-ATT-TAT-CCC-TTG-C AS 5284 – 5305
5 GCT-CCG-GCG-TAG-AGG-ATC-TGG AS 6088 – 6108
6 CTT-AGG-ATC-TGG-GAT-TAG-CCA-GG AS 4808 – 4803
7 GCA-AGG-GAT-AAA-TTT-TTC-TGG-C S 5284 – 5305
8 CTG-CAG-TCA-ACT-TAA-TTG-AAT-GC AS 5516 – 5538
9 TAA-AGT-CAG-CCT-TCC-TCA-TCT-GC S 5907 – 5929
10 GCT-TCT-TCC-AAG-TAC-TTC-TGC-AGC AS 4755 – 4778
5.2 Methodologie: Transductie van HIV-nef in T-cellijnen
5.2.1 Celcultuur.
De CD4-CD8 positieve humane lymfatische SupT1-cellijn (AIDS
Research and Reference Reagent
Program, NIH, Bethesda) en de CD4-CCR5 positieve Jurkat-cellen
(American Type Culture
Collection, Rockville, MD) werden in vochtige omgeving (37 °C,
7% CO2) in Iscove modified
Dulbecco medium (IMDM) (Invitrogen) gesuplementeerd met 10 %
(v/v) Fetal Calf Serum (FCS)
(Thermo Fisher Scientific) en 200 mM L-glutamin (Invitrogen) in
cultuur gehouden. Deze IMDM
suspensie wordt in de hieronder volgende stappen benoemd als
IMDM compleet.
5.2.2 Cellen tellen
Cellen werden steeds manueel geteld aan de hand van een 0,1 mm
diepe Bürker telkamer (Blau Brand,
Wertheim, Duitsland). Om dode van levende cellen te kunnen
onderscheiden werd 20 μL
trypaanblauw (Invitrogen) aan 20 µL cellen toegevoegd.
5.2.3 Transfectie
Voor de productie van retrovirus werd gebruik gemaakt van
eukaryote Phoenix-Ampho cellen, een
producer en packaging cellijn afgeleid van de 293T-cellijn
(Phoenix Retrovirus Expression System
Manual Orbigen Inc.). Omdat dit een adherente cellijn is, werd
eerst Tryple Express (Invitrogen)
gebruikt om de cellen los te maken (trypsinisatie). Voor de
transfectie van PhoenixA-cellen werd een
op calciumfosfaat gebaseerde methode toegepast, waarbij met
behulp van de Calcium Phosphate
Transfection Kit (Invitrogen) een calciumfosfaat precipitaat op
basis van HEPES-buffer oplossing
(NaCl, HEPES en NaP) (Invitrogen) werd gevormd, wat de opname
van DNA door de celmembraan
1 Op basis van de aangepaste TRIP-CMV-EGFP-WPRE vectormap
-
Methodologie
22
medieerde. De Phoenix-A cellen werden getransfecteerd met
Nef-bevattende LZRS-IRES-EGFP
plasmide DNA, met Nef afkomstig van SIVsm FWr, SIVgor, en NL4-3,
verkregen van Dr. Kirchhoff,
Ulm, Duitsland. Daarnaast werden eveneens transfecties met
LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP Wild Type
en LZRS-Pex Nef-IRES-EGFP F191R Mutant plasmide DNA uitgevoerd,
met Pex Nef eveneens
verkregen van Dr. Kirchhoff en door Dr. Ariën (Gent, België) in
LZRS-IRES-EGFP ingekloneerd.
Voor deze transfecties werd het vector DNA vooraf geprecipiteerd
(10 min, 1400 tpm) en gewassen in
500 µL 75% ethanol. Na centrifugatie (10 min,1400 tpm) werd de
celpellet geresuspendeerd in 264 µL
voor transfectie gekwalificeerd water (Invitrogen) waarna 36 µL
CaCl2 (Invitrogen)
werd toegevoegd.
Deze suspensie werd druppelsgewijs onder een constant flow van
luchtbellen, aan 300 µL van een 2 X
HEPES buffered saline oplossing (Invitrogen) toegevoegd. Na 30
min incubatie (7% CO2) bij
kamertemperatuur, werd dit mengsel aan de PhoenixA cellen in
IMDM compleet medium (vooraf
gesuplementeerd met 25 µM chloroquine (Sigma-Aldrich))
toegevoegd. Na een volledige dag
incubatie, wassen met 5 mL Phosphate Buffered Saline (PBS;
Cambrex Corporation, East Rutherford,
USA) en verversen van het medium werd twee dagen na transfectie
het viraal supernatant geoogst. Dit
werd na 10 min centrifugatie bij 4 °C (1700 tpm) op ijs
bewaard.
5.2.4 Transductie
De CD4-CD8 positieve SupT1-cellijn werd getransduceerd met het
verkregen retrovirale supernatant.
Een mengel van 100 µL retroviraal sup en 4 µL DOTAP Liposomaal
Transfectie Reagent (Roche)
werd hiervoor gedurende 10 min geïncubeerd en vervolgens aan
vijftigduizend SupT1-cellen
toegevoegd. Deze cellen werden vervolgens 90 min gecentrifugeerd
bij 32 °C (2500 tpm), waarna ze
in 10 µL IMDM compleet in de incubator (37 °C, 7% CO2) werden
geplaatst. De transductie-
efficiëntie werd na 48 u gecontroleerd door middel van
Fluoresence Activated Cell Sorting (FACS)
analyse. Op dezelfde wijze werden ook CD4-positieve - CD8
negatieve Jurkat-cellen getransduceerd.
5.2.5 Fluoresence Activated Cell Sorting (FACS)
Voor het bestuderen van CD4-receptor downregulatie werden de
FACScan Flow Cytometer (BD) en
de CellQuest software (BD) gebruikt. De FACS technologie maakt
het mogelijk om cellen te
karakteriseren op basis van de fluorescentie (Forward Scatter)
en de verstrooiing van het licht (Side
Scatter) na excitatie met een 488 nm Argon laser (Alberts
2002).
Om de CD4 oppervlakte receptor aan te kleuren werd CD4-PE
gebruikt, een fycoërythrine (PE)
fluorochroom geconjugeerd anti-CD4 antilichaam (BD) dat na
excitatie een golflengte in het oranje-
rode gebied (575 nm) uitzendt.
Er werd gewerkt met de nef-getransduceerde SupT1- en
Jurkat-cellen. Honderdduizend nef-
getransduceerde cellen werden geresuspendeerd in 50 µL medium
bestaande uit PBS gesuplementeerd
met 1% Bovine Serum Albumine Fraktion (BSA) (Roche) en 0.1%
Natrium Azide (Merck). Na
aankleuring van de cellen met CD4-PE werd de suspensie 30 min
bij 4 °C in het donker geïncubeerd.
http://www.bdbiosciences.com/nvCategory.jsp?action=SELECT&form=formTree_catBean&item=620433
-
Methodologie
23
De gekleurde cellen werden na wassen met 2 mL van de hierboven
beschreven PBS oplossing 5 min
bij 4 °C gecentrifugeerd (1500 tpm), waarna de cellen
geanalyseerd konden worden.
Net voor de meting werd 4 μL propidium iodide (PI, 1 mg/mL)
(Invitrogen) toegevoegd. PI kan enkel
aanwezig zijn in dode cellen, waardoor het de differentiatie
tussen levende en dode cellen mogelijk
maakt. Er werden telkens minstens tienduizend cellen per staal
geanalyseerd. Er werd gevensterd op
PI negatieve cellen, zodat de al dan niet aanwezigheid van
CD4-downregulatie (CD4-PE negatieve of
positieve cellen) enkel bij de levende cellen bestudeerd
werd.
5.2.6 Sorteren van getransduceerde SupT1-cellen
Celpopulaties kunnen met behulp van FACS-cell-sorting, ook
fysiek opgesplitst worden. De nef-
getransduceerde cellen werden gesorteerd op basis van het al dan
niet tot expressie brengen van de
CD4-receptor molecule, waarvoor ze aangekleurd werden met een
PE-gelabeld CD4-antilichaam. Het
toestel werd zodanig ingesteld dat enkel de EGFP of transductie
positieve celpopulatie (waar het nef
gen aanwezig is) gesorteerd werden op de aan- of afwezigheid van
de CD4-receptor.
De celpopulatie bestond uit zeven miljoen SupT1-cellen
getransduceerd met Pex WT of Pex F191R
gekleurd met CD4-PE. Voor het instellen van de settings werden
een miljoen niet-getransduceerde en
ongekleurde SupT1-cellen gebruikt. Ter voorbereiding werden de
cellen eerst 5 en 2 min
gecentrifugeerd (1500 tpm, 4°C), waarna ze geresuspendeerd
werden in 10 mL (gekleurd) en 100 µL
(ongekleurd) FACS buffer (bestaande uit 976 µL PBS, 200 µL FCS
en 4 µL Gibco Ultrapure 0,5 M
EDTA (Invitrogen)). Aan de cellen werd vervolgens al dan niet 40
µL antilichaam toegevoegd. Na
1 u. incubatie op ijs werd 10 mL FACS buffer aan zowel de niet-
als wel gekleurde cellen toegevoegd.
Deze suspensies werden voor 5 en vervolgens 2 min
gecentrifugeerd bij 4°C (1500 tpm). Na
resuspenderen in 500 µL FACSsort buffer werden de cellen op ijs
gehouden.
Voor het sorteren zelf werd gebruik gemaakt van de FACS Vantage
(BD). De gesorteerde celpopulatie
werd opgevangen in 2 mL collectie medium bestaande uit IMDM, 50%
FCS, penicilline en
streptomycine (Invitrogen) en L-glutamate (Invitrogen). Na het
sorteren werden de cellen 5 min bij
4 °C gecentrifugeerd (1500 tpm). De celpellet werd vervolgens
geresuspendeerd in 500 µL IMDM
compleet met antibiotica (IMDM, 10% FCS, penicilline,
streptomycine en L-glutamaat). Nadien
werden de gesorteerde cellen in IMDM compleet in cultuur
gebracht (37°C, 7% CO2).
5.2.7 Cellen invriezen en ontdooien
Voor het invriezen van cellen in vloeibaar stikstof werd gewerkt
met de Isopropanolol methode. Alle
stappen werden uitgevoerd onder de LaminAir HBB 2448
(Holten).
De gesorteerde cellen werden voor 5 min gecentrifugeerd bij 4 °C
(1500 tpm) en na verwijderen van
het supernatant gewassen met 10 mL PBS en opnieuw
gecentrifugeerd voor 5 min. De verkregen
celpellet werd geresuspendeerd in 500 µL FCS (Thermo Fisher
Scientific) gevolgd door enkele
minuten incubatie op ijs. Hieraan werd 500 µL van een FCS-20%
Dimethylsulfoxide (DMSO)
(SERVA Electrophoresis GmbH, Heidelberg, Duitsland) oplossing
toegevoegd waardoor er een finale
-
Methodologie
24
concentratie van FCS-10% DMSO met cellen verkregen werd. Deze
suspensie werd in Nalgene
cryogenic tubes (VWR) overgebracht, die op hun beurt in een „Mr
Frosty‟ Cryobox (VWR) geplaatst
werden. Deze Cryobox werd bij -80 °C ingevroren, waarna de
cellen de volgende dag naar vloeibaar
stikstof (-196 °C) konden overgebracht worden.
Om in vloeibaar stikstof ingevroren cellen te ontdooien, werden
deze eerst kortstondig in een warm
waterbad (37 °C) geplaatst en vervolgens overgebracht naar een
15 mL Falcon buis (VWR) op ijs,
waarin het totale volume verdubbeld werd door langzaam toevoegen
van IMDM compleet
(achtereenvolgens 1 mL, 2 mL en 4 mL IMDM compleet telkens
gevolgd door 1 min incubatietijd).
De cellen werden vervolgens voor 5 min bij 4°C centrifugeerd
(1500 tpm), waarna ze geresuspendeerd
werden in 10 mL IMDM compleet en geïncubeerd (37 °C, 7% CO2) in
een small tissue culture flask
(VWR).
5.2.8 Western Blot
Western Blotting (Immunoblotting) is een techniek om eiwitten
aan te tonen d.m.v specifieke
antilichamen. Na het lyseren van de cellen worden de eiwitten op
basis van moleculair gewicht
gescheiden in een Bis-Tris gel, waarna ze via electroforese
getransfereerd worden naar een
polyvinylideenfluoride (PVDF) membraan, wat „blotten’ wordt
genoemd. Geblotte eiwitten kunnen
vervolgens aangetoond worden, dankzij de vorming van specifieke
primair-secundair antilichaam
complexen getagged met Horseradish Peroxidase, een enzyme dat na
het toevoegen van luminol licht
uitstuurt op basis van een chemiluscente reactie, wat met een
X-stralengevoelige film gedetecteerd kan
worden. Omdat de hoeveelheid lichtemissie evenredig is met de
aanwezigheid van het onderzochte
eiwitantigen, kunnen na vergelijking met een ladingscontrole
zoals actine, besluiten betreffende
proteïne expressie op basis van Western Blot geformuleerd worden
(Coligan 1992).
a. Stap 1: Cellysaten
De gesorteerde SupT1-cellen getransduceerd met Pex Nef allelen
dienen voor Western Blot eerst
gelyseerd te worden. Ter voorbereiding hierop werd van de
SupT1-cellen eerst een celpellet gemaakt
(5 min centrifugatie, 4000 g), die gewassen werd met 1 mL 1X PBS
en vervolgens opnieuw
gecentrifugeerd (5 min, 6000 g). Pellets werden geresuspendeerd
in 100 µL Triton-Lysis buffer
(samengesteld uit 800 µL Lysis Buffer A, 100 µL Triton X100
(10%) (Sigma-Aldrich) en 100 µL
Protease Inhibitor (10x) (Roche)). Deze suspensie werd
geïncubeerd (20 min op ijs), gevolgd door 5
min centrifugatie (16000 g). In de volgende stappen werd verder
gewerkt met het supernatant
(cellysaat).
b. Stap 2: Eiwit concentratie
Om besluiten betreffende proteïne expressie te kunnen formuleren
dienden per staal dezelfde
hoeveelheid totaal eiwit vergeleken te worden. De
proteïneconcentratie van de cellysaten werden
berekend met behulp van de RC DC Protein Assay (Bio-Rad), op
basis van de absorbanties bij een
-
Methodologie
25
golflengte van 750 nm. Deze absorbanties werden vergeleken met
deze van een verdunningsreeks van
1,38 mg/mL BSA en Triton-Lysis Buffer in volgende
samenstelling:
Verdunning
(mg/mL)
blanco
0,125
0,250
0,500
0,750
1,000
1,250
1,380
BSA (µL)
0
5
10
20
30
40
50
50
Triton-Lysis
buffer (µL)
50
50,2
45,2
35,2
25,2
15,2
5,2
0
Per verdunning werd 250 µL reagens A‟ toegevoegd, samengesteld
uit 20 µL DC reagens S (Bio-Rad)
en 1 mL Lysis Buffer A (samengesteld uit 50 mM Tris-HCl (Merck
KGaA), 1 mM EDTA (Sigma-
Aldrich) en 150 mM Natriumchloride (VWR)). Per verdunning werd
vervolgens 2 mL DC reagens B
(Bio-Rad) toegevoegd, gevolgd door incubatie (15 min), waarna de
absorbanties in duplo gemeten
werden (750 nm) met de Spectrofotometer DU 600 (Beckman Coulter,
Brea, USA).
Op basis van deze absorbanties werd met Microsoft Excel een
standaardcurve berekend (X=
concentratie (mg/mL), Y= absorbantie 750 nm), wat resulteerde in
volgende vergelijking: „y =
0,2508x + 0,0269‟.
FIGUUR 15.
Aan de cellysaten (1/5 verdund) werden dezelfde hoeveelheden
reagens A‟ en reagens B als voor de
verdunningsreeks toegevoegd, waarna eveneens de absorbanties bij
750 nm gemeten werden. De
standaardvergelijking y = 0,2508x + 0,0269 werd vervolgens
gebruikt om de proteïneconcentraties
(1/5 verdund) van de cellysaten te berekenen.
c. Stap 3: Eiwit Electroforese
Van elk lysaat werd 20 µg eiwit genomen waaraan 5 %
2-mercapto-ethanol werd toegevoegd om de
zwavelstof bruggen, die de secundaire structuur van het eiwit
mee in stand houden, te verbreken en zo
de proteïnes te denatureren. Er werd ook 5 % Bromofenolblauw
(Sigma-Aldrich) - wat een
ladingsmerker en kleurstof is - toegevoegd, gevolgd door 5 min
denaturatie bij 95 °C.
Voor de electroforese werd een Nupage 4- 12 % Bis-Tris gel
(Invitrogen) gebruikt waarop van elk
staal 20 µL geladen werd samen met 10 µL Multimark
gewichtsmerker (Invitrogen). De slotjes
werden vooraf gewassen met 1 X Nupage MES/SDS Running Buffer
(Invitrogen) gesuplementeerd
met Nupage anti-oxidantia (Invitrogen) (500 µL anti-oxidans voor
200 mL 1 X running buffer).
Electroforese werd met de Xcell Sure Lock Mini-cell (Invitrogen)
uitgevoerd waarbij het binnenste
compartiment werd gevuld met 1x Nupage MES/SDS running buffer
(met anti-oxidantia), het
buitenste compartiment met 1x Nupage MES/SDS running buffer
(zonder anti-oxidantia). De eiwitten
werden d.m.v. electroforse gedurende 1 u. aan 200 V en 125 mA
gescheiden.
y = 0,2508x + 0,0269
R² = 0,9733
-0,05
0,05
0,15
0,25
0,35
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6Ab
sorb
an
tie
75
0 n
m
mg/mL BSA
Standaard curve
Reeks1
Lineair (Reeks1)
-
Methodologie
26
d. Stap 4: Blotting
Voor de eigenlijke transfer van de proteïnen (blotten) werd
gebruik gemaakt van de Xcell II Blot
Module (Invitrogen). Ter hoogte van de kathode werd op één zijde
van de Bis-Tris gel twee Whatman
chromatografie papiertjes van 3 mm (VWR) gelegd. De papiertjes
werden eerst vochtig gemaakt in
Transfer Buffer (849 mL bidi, 50 mL 20 X Nupage transferbuffer,
1 mL Nupage anti-oxidantia,100
mL methanol). Dit stapeltje werd op drie, vooraf bevochtigde,
Sponge Pads geplaatst. Op de andere
zijde van de Bis-Tris gel werd een PVDF membraan van 0,2 µm
porie grootte (Invitrogen) gelegd, die
eerst werd gewassen: 30 s in methanol, twee maal met
gedistilleerd water en tenslotte 5 min in
Transfer Buffer. Twee in Transfer Buffer geweekte
Whatmanpapiertjes en vier in Transfer Buffer
geweekte Sponge Pads werden hierop geplaatst, gevolgd door de
anode.
Dit geheel wordt in de Xcell II Blot Module (EI9051, Invitrogen)
geplaatst. Samengevat bestond de
gebruikte opstelling van katode naar anode uit:
3 Sponge Pads voor Xcell II Blotting
2 Whatman chromatografie papiertjes (3 mm)
1 Polyvinylideenfluoride (PVDF) membraan (0,2 µm)
Bis-Tris gel
2 Whatman chromatografie papiertjes van 3 mm
4 Sponge Pads voor Xcell II Blotting
Deze Xcell II Blot Module werd opnieuw in de Xcell Sure Lock
Mini-cell (met magneet) en op een
magnetische roerplaat geplaatst. De binnenste kamer werd nu
gevuld met Transfer Buffer, het
buitenste compartiment met gedistilleerd water. De electroforese
werd voor 1 u. uitgevoerd aan 25 V
en 150 mA.
e. Stap 5: Kleuring.
Na electroforese werd de PVDF membraan 5 min met Ponceau S
oplossing (Sigma-Aldrich) gewassen
en vervolgens tweemaal met gedistilleerd water. Het membraan
werd hierna voor 1 u. in 12 mL Tris
buffered Saline (TBS)-melkoplossing (Blokking Buffer) op de
schudtafel geïncubeerd. Dit is nodig
om de vrije bindingsplaatsen op de eiwitten te bezetten, zodat
aspecifieke bindingen met het
antilichaam verhinderd worden. (TBS bestaat uit 50 mM trisbase,
150 mM NaCl, aangelengd met
MilliQ water tot een pH van 7.5; Blokking Buffer bestaat uit 100
mL TBS, 5 g Nestlé Gloria
melkpoeder, 75 µL Tween 20 (Sigma-Aldrich)).
- Actine kleuring:
Voor de kleuring van actine werd 12 mL van een 1/1000 verdunning
(in 50% TBS / 50% Blocking
Buffer) van anti-actine muis monoclonaal antilichaam (MP
Biomedicals, Solon, USA) aan de
membraan toegevoegd. De PVDF membraan werd na overnacht
incubatie op de schudtafel gewassen
(wasstap 1): 1 min met 0.1 % Tris buffered Saline-Tween
oplossing (TBS-T, bestaande uit 100 mL
TBS en 100 µL Tween 20 (Sigma-Aldrich), tweemaal 5 min met TBS-T
en tweemaal 5 min met een
50% TBS-50% TBS-T oplossing. Hierna werd 12 mL van een 1/3000
verdunning (in 50% TBS-50%
TBS-T) van secundair anti-muis IgG Horseradish Peroxidase (HRP)
gelinkt antilichaam (GE
FIGUUR 16. Inhoud Xcell II Blot Module. Uit: handleiding XCell
II Blot Module, Invitrogen.
-
Methodologie
27
Healthcare, Litlle Chalfont, UK) toegevoegd (60 min incubatie op
de schudtafel) waarna het
membraan opnieuw werd gewassen (wasstap 2): 1 min met 0.1 %
TBS-T, viermaal 5 min met 0,1 %
TBS-T en tweemaal 1 min met MilliQ (MQ) water. Voor visualisatie
werd gebruik gemaakt van de
ECL Western Blotting Detection Reagents (Amersham Biosciences,
Roosendaal, Nederland). Er werd
400 µL van beide ECL reagentia samengevoegd en vervolgens al
druppelend op een gelijke manier
over het membraan verdeeld. Het membraan werd vervolgens op een
Hyperfilm High Performance
Chemiluminiscence Film (Amersham Biosciences) blootgesteld aan
chemiluminescent licht met
verschillende blootstellingtijden: 5 s, 1 min, 5 min en 2 u.
- Nef kleuring:
Hiervoor werd het PVDF membraan 5 min in een badje met Ponceau S
Solution en daarna tweemaal
met gedistilleerd water gewassen. Na een nacht drogen werd 12 mL
van een 1/720 verdunning (in
50% TBS-50% Blocking Buffer) van gebiotinyleerde EH1 anti-Nef
monoclonaal muis antilichaam
(verkregen van J. Hoxie, AIDS Research and Reference Reagent
Program) toegevoegd (overnacht
incubatie op de schudtafel). De optimale verdunning van dit
anti-Nef antilichaam werd in vorige
experimenten in het labo bepaald. Vervolgens werd het PVDF
membraan gewassen volgens hetzelfde
protocol als wasstap 1 bij actine kleuring. Hierna werd 12 mL
van een 1/1000 verdunning (in 50%
TBS-50% TBS-T) van secundair streptavidine-HRP antilichaam
toegevoegd (60 min incubatie op de
schudtafel), waarna het membraan volgens wasstap 2 werd
gewassen. Voor de visualisatie werd
opnieuw gebruik gemaakt van de ECL reagentia en de Hyperfilm
High Performance
Chemiluminiscence Film met volgende blootstellingtijden: 15 min,
4 u 30 min en overnacht.
5.2.9 Isolatie en purificatie van DNA
Voor de isolatie van genomisch DNA uit de zes (na FACS-sort, zie
resultaten) SupT1-celpopulaties
werd een fenol-extractie en op ethanol gebaseerde precipitatie
toegepast. Er werd eerst van elk van de
celpopulaties een celpellet van circa 2,5 miljoen cellen
gemaakt, die vervolgens werd opgelost in 10
mL PBS. Van deze 10 mL celsuspensie werd 5 mL (125 duizend
cellen, waarvan eerst een pellet werd
gemaakt) gebruikt voor mRNA isolatie (zie 5.2.10) en de overige
5 mL voor deze DNA isolatie. In de
volgende stappen werd gebruik gemaakt van de QIAamp DNA Blood
Mini Kit (Qiagen) en het
protocol van de fabrikant. Centrifugatie gebeurde met de
Eppendorf 5415D (13200 tpm). De
verschillende handelingen werden uitgevoerd bij kamertemperatuur
tenzij anders aangegeven. De
celpellet werd geresuspendeerd in 200 µL PBS, waaraan 20 µL
proteïnase K (Qiagen) en vervolgens
200 µL Buffer AL (Lysis Buffer) werd toegevoegd. Deze suspensie
werd 10 min geïncubeerd (56 °C)
in de SBH 200D hitteblok, gevolgd door het toevoegen van 200 µL
100 % ethanol waarna dit op een
QIAmp Mini spin kolom gedruppeld werd. Na 1 min centrifugatie
werd hierop 500 µL Buffer AW1 en
500 µL Buffer AW2 gedruppeld, gevolgd door respectievelijk 1 min
en 3 min centrifugatie. Het
genomisch DNA werd ten slotte met 200 µL Buffer AE van de kolom
geëlueerd.
-
Methodologie
28
Deze procedure werd voor de verschillende celpopulaties
uitgevoerd, waardoor van elke populatie
afzonderlijk DNA (concentratie bepaald met Nanodrop) verkregen
werd. Een tweede extractie werd
volgens dezelfde procedur