Name: visualization of hiv-1 gag binding to giant unilamellar vesicle (guv) membranes
Uploaded: 2016-07-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
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Vorremmo ringraziare Mohammad Saleem, Jing Wu e Krishnan Raghunathan per le discussioni utili. Ringraziamo anche Priya Begani per l&#39;assistenza durante le riprese. Questo lavoro è sostenuto dal National Institutes of Health concede R01 AI071727 (Ao) e R01 GM110052 (a SLV).

Giorno 1: Espressione di proteine ​​Gag Uso del germe di grano lisato-based in vitro trascrizione-traduzione sistema 1. Preparazione del virus HIV-1 gag <ol><li> Rimuovere tutti i reagenti del kit commerciale CECF germe di grano da congelatori (lisati germe di grano sono conservati a -80 ° C; altri reagenti a -20 ° C). Li Scongelare su ghiaccio e miscelare i componenti come mostrato nella Tabella 1. </li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Mix-1 (alimentazione della miscela) </td><td></td></tr><tr><td> soluzione di alimentazione </td><td> 900 ml </td></tr><tr><td> Aminoacidi </td><td> 80 ml </td></tr><tr><td> metionina </td><td> 20 microlitri </td></tr><tr><td> Totale </td><td> 1.000 ml </td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td> Mix-2 (lisato miscela) </strong&gt; </td><td></td></tr><tr><td> lisati germe di grano </td><td> 15 ml </td></tr><tr><td> acqua libera RNase </td><td> 7 ml </td></tr><tr><td> Aminoacidi </td><td> 4 pl </td></tr><tr><td> metionina </td><td> 1 ml </td></tr><tr><td> Plasmidi DNA in tampone TE (1 mg / mL) ** </td><td> 4 pl </td></tr><tr><td> tampone di reazione </td><td> 15 ml </td></tr><tr><td> RNasin * </td><td> 4 pl </td></tr><tr><td> Totale </td><td> 50 microlitri </td></tr></tbody></table> Tabella 1: Composizioni di impasti necessari per le reazioni di germe di grano. Nota: Se l&#39;esperimento è stato progettato per esaminare l&#39;effetto di rimozione di RNA da RNasi sulla membrana Gag vincolante, sostituire gli inibitori della ribonucleasi con acqua RNase-free. Plasmid DNA deve essere esente da impurità secondo le istruzioni del produttore. Tuttavia, plasmids preparati utilizzando convenzionale, ma non endotossine-libero, kit di isolamento plasmide sono stati utilizzati con successo. le istruzioni del produttore consiglia anche usando il DNA sciolto in acqua priva di nucleasi. Se si utilizza il DNA sospeso in TE [10 mM Tris-HCl (pH 7.4) contenente 1 mM EDTA], evitare l&#39;uso di concentrazioni più basse di DNA, in quanto EDTA in TE può influenzare la resa. Plasmidi disciolti in tampone TE ad una gamma di concentrazione di 0,8-1 mg / mL sono stati usati con successo. <ol start="2"><li> In primo luogo aggiungere la miscela di alimentazione (Mix-1) nel cassetto di reazione (camera trasparente). Quindi aggiungere la miscela lisato (Mix-2) per l&#39;altra camera (rosso). Non introdurre eventuali bolle mentre l&#39;aggiunta di miscele nelle loro rispettive camere, dal momento che possono portare a scambio inefficiente dei componenti della soluzione e quindi ridurre l&#39;efficienza della reazione. </li><li> Coprire le camere con la pellicola adesiva fornito con il kit. </li><li> Inserire la cassetta reazione nello scomparto della cassetta e incubate l&#39;assemblea per 24 ore a 24 ° C ad una velocità costante di agitazione 900 giri in un Eppendorf Thermomixer R. </li></ol> Giorno 2: Preparare GUVs di Electroformation e Harvest Germe di Grano Lisati 2. Preparazione di GUVs <ol><li> lipidi aliquote disciolti in solventi inorganici come il cloroformio o miscele di cloroformio e metanolo in fiale di vetro con tappi a vite rivestiti con fodere in teflon e avvolto con Parafilm. Maneggiare lipidi con Hamilton tipo siringhe di vetro, o, se disponibile, consigli plastica cloroformio-resistente. Estrarre flaconcini di vetro contenenti lipidi da utilizzare per la preparazione GUV dal -20 ° C freezer. <ol><li> Una volta che le fiale sono equilibrati a temperatura ambiente, assicurarsi mediante ispezione visiva che le sospensioni dei lipidi sono chiare. La qualità dei lipidi, in particolare lipidi acidi, come fosfatidilserina palmitoil-oleoyl (POP) e PI (4,5) P 2, è importante per gli esperimenti di successo. Non utilizzare i lipidi che sonoin aliquote per più di 2 mesi. </li></ol></li><li> Pre-riscaldare un blocco di calore alla temperatura desiderata. Questa temperatura deve essere di almeno 5 ° C superiore alla temperatura di fusione (Tm) del lipide (s) con la più alta T m. </li><li> Calcolare i volumi di lipidi necessari in base ai rapporti di lipidi molari desiderati. Per studiare l&#39;HIV-1 gag vincolante qui, utilizzare i seguenti rapporti molari, come illustrato nella tabella 2. </li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> mix Lipid </td><td> rapporto molare </td><td> Volume (in ml) </td><td> la concentrazione della </td></tr><tr><td> POPC + POPS + Chol </td><td> 46,6 + 23,3 + 30 </td><td> 19,74 + 10,18 + 6,57 </td><td> POPC, POPS, Chol: 10 mg / ml </td></tr><tr><td rowspan="2"> POPC + POPS + Chol + Brain-PI (4,5) P2 </td><tdrowspan = &quot;2&quot;&gt; 40 + 20 + 30 + 10 </td><td rowspan="2"> 16.11 + 8,3 + 6,25 + 58,19 </td><td> POPC, POPS, Chol: 10 mg / ml </td></tr><tr><td> Brain-PI (4,5) P 2: 1 mg / ml </td></tr></tbody></table> Tabella 2: Volumi di diversi lipidi utilizzato per ottenere GUVs. <ol start="4"><li> Aggiungere i volumi desiderati di lipidi in un flaconcino di vetro con tappo a vite pulito. </li><li> Scivoli di dimensioni 25 x 50 x 1,1 mm 3 e resistenza 70-100 Ohm (come descritto nel catalogo) Utilizzare ITO-rivestito. Inserire due scivoli ITO rivestite su un banco pulito. Ogni camera electroformation richiede due indio-stagno-ossido (ITO) vetrini Rivestiti. Verificare che il lato conduttore del vetrino è rivolto verso l&#39;alto controllando la resistenza con un multimetro. Si dovrebbe mostrare un valore di circa 200 Ω. Assicurarsi che la superficie delle diapositive sono pulite strofinando delicatamente con etanolo al 70% utilizzando salviette privo di lanugine. </li><li> Pulire la superficie esterna di un ago di una siringa rinsing con cloroformio e posizionare la siringa sul blocco di calore. </li><li> Posizionare una nuova diapositiva di vetro ITO rivestita sul blocco di calore con il lato conduttore rivolto verso l&#39;alto e lasciarlo equilibrare alla temperatura desiderata di solito circa 2-3 minuti. Non riutilizzare i vetrini ITO rivestite per un rischio potenziale che l&#39;ITO-rivestimento sulle lastre di vetro potrebbe essere danneggiata durante le procedure di pulizia. </li><li> Utilizzare un volume di 40-50 ml della miscela lipidica per ogni diapositiva per uniforme e tuttavia rapida diffusione dei lipidi sul vetrino. Regolare il volume totale con un solvente organico appropriato come cloroformio. <ol><li> Mettere una metà del volume totale della miscela lipidica sul vetrino e diffondere immediatamente il lipide mediante la siringa pulita (passo 2.6) per lasciare un film lipidico uniforme (spostando l&#39;ago 2-3 volte lungo il vetrino). Stendere il film lipidico delicatamente (ma presto) per evitare danni al rivestimento ITO sottile. Non uniforme diffusione o ruvida diffusione può portare a sub-ottimalerendimenti o l&#39;eterogeneità computazionale di GUVs. </li><li> Pertanto, garantire la diffusione uniforme controllando il film lipidico dopo la diffusione prima di procedere alla fase successiva. Se l&#39;opacità del film appare eccessivamente non uniforme, ripetere la procedura utilizzando una nuova diapositiva. </li></ol></li><li> Posizionare il vetrino rivestito all&#39;interno di una capsula di Petri con il lato rivestito rivolto verso l&#39;alto. </li><li> Ripetere i passaggi 2,6-2,9 per il resto della miscela utilizzando un&#39;altra diapositiva ITO rivestite. </li><li> Porre la capsula di Petri contenente entrambi i vetrini in una camera a vuoto essiccazione convenzionale per 60-90 minuti per rimuovere ogni traccia di solventi organici. </li><li> Durante questo processo, impostare l&#39;incubatrice alla stessa temperatura come quella del blocco di calore (65 ° C nella maggior parte dei casi) e pre-caldi 300 mM di soluzione di saccarosio in incubatrice. </li><li> Dopo l&#39;essiccazione, portare la capsula di Petri al banco e posizionare il vetrino su una superficie pulita. </li><li> Pulire delicatamente una guarnizione PDMS (Figura 1) utilizzando 70% di etanolo e asciutto completamente. </li><li> Collocare sul vetrino lipidi rivestite come mostrato in Figura 1 e delicatamente e fermamente premere in modo che le forme guarnizione a tenuta stagna. Confermare l&#39;assenza di spazi tra guarnizione PDMS e il vetrino. Ciò provoca la formazione di una camera poco profonda che contiene la soluzione di saccarosio. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54293/54293fig1.jpg" /> Figura 1:. Il layout del vetrino ITO rivestito utilizzato per electroformation <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54293/54293fig1large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <ol start="16"><li> Riempire la camera con soluzione di saccarosio pre-riscaldato senza bolle. </li><li> Posizionare l&#39;altra vetrino rivestito sopra per effettuare una tenuta ermetica. Assicurarsi che non vi siano bolle. L&#39;assemblaggio finale dovrebbe apparire come mostrato nella Figura 2. Fissare la camera di usinclip g legante. </li></ol><img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54293/54293fig2.jpg" /> Figura 2:. Rappresentazione schematica della camera di electroformation (vista laterale) <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54293/54293fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <ol start="18"><li> Rimuovere l&#39;eccesso di saccarosio tramite aspirazione e pulire le diapositive utilizzando salviettine privo di lanugine. Fissare i vetrini alla barra di rame in modo che i lati conduttivi sono in contatto uniforme con la barra. Assicurarsi che solo un lato conduttivo del vetrino è in contatto con una barra di rame. </li><li> Collegare la barra di rame per l&#39;uscita del generatore di funzioni utilizzando i morsetti a coccodrillo. Posizionare il gruppo all&#39;interno dell&#39;incubatrice per permettere il montaggio raggiunga la temperatura desiderata. </li><li> Applicare una frequenza dell&#39;onda sinusoidale di 10 Hz e una differenza di potenziale di 1 V per 90 min. assicue che la tensione sia 1 V da un multimetro come illustrato nella figura 3. Continuare il processo per 90 min. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54293/54293fig3.jpg" /> Figura 3:. Le posizioni in cui gli elettrodi del multimetro sono collocati per la frequenza e la corrente di misurazione <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54293/54293fig3large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <ol start="21"><li> Dopo 90 min, ridurre lentamente la frequenza di 2 Hz e continuare electroformation per altri 10 min. Durante questo tempo, il raccolto nella reazione di traduzione in vitro (passi 3.1-3.2). </li><li> Spegnere il generatore di funzioni e permette il montaggio raffreddare lentamente a temperatura ambiente (spegnendo l&#39;incubatore e lasciando la porta dell&#39;incubatore leggermente aperta). </li><li> Dopo raffreddamento, scollegare i cavi al generatoredai gruppi di scorrimento. GUVs può essere molto fragile e quindi hanno bisogno di essere gestiti molto delicatamente. portare con cautela il gruppo al banco. </li><li> Smontare la camera rimuovendo delicatamente la slitta superiore con pinze. Raccogliere le GUVs sospensione contenente saccarosio con un taglio di 1.000 punta microlitri e trasferimento in una provetta pulita. Maneggiare il tubo con delicatezza per evitare di disturbare GUVs. </li><li> Utilizzare immediatamente le GUVs. GUVs sono stabili per almeno 90 minuti dopo la raccolta se conservata a temperatura ambiente. </li></ol> 3. Le reazioni Harvest in vitro di traduzione <ol><li> Raccogliere le reazioni in vitro traduzione contenenti proteine ​​desiderate dalla camera rossa con una micropipetta in un tubo. </li><li> Per rimuovere le proteine ​​aggregate, girare i lisati a 16.200 xg per 15 min a una centrifuga da tavolo e trasferire con attenzione il surnatante in un altro tubo. </li></ol> 4. GUV binding assay <ol><li> Utilizzando una punta taglio, mescolare 51; l di reazioni in vitro traduzione contenenti proteine ​​tradotte e 5 ml di GUVs in un tubo ed incubare a temperatura ambiente per 2-3 minuti. </li><li> Allegare un foglio PDMS con un piccolo foro (3-4 mm di diametro) su un vetrino pulito e garantire la tenuta stagna premendo delicatamente e fermamente contro il vetrino. </li><li> Mettere il composto 10 microlitri dal punto 4.1 nel piccolo foro. </li><li> Immagine la miscela sotto un microscopio a fluorescenza confocale epi o invertita a temperatura ambiente. Nota: per evitare l&#39;evaporazione, la camera di imaging può essere coperto da un vetrino. </li></ol>

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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-formation+and+fluorescence+microscopy+of+giant+vesicles+with+coexisting+liquid+phases.">Electro-formation and fluorescence microscopy of giant vesicles with coexisting liquid phases.</a> Methods Mol Biol. 398, 59-72 (2007).</li><li>Ayuyan, A. G., Cohen, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+peroxides+promote+large+rafts:+effects+of+excitation+of+probes+in+fluorescence+microscopy+and+electrochemical+reactions+during+vesicle+formation.">Lipid peroxides promote large rafts: effects of excitation of probes in fluorescence microscopy and electrochemical reactions during vesicle formation.</a> Biophys J. 91 (6), 2172-2183 (2006).</li><li>Montes, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroformation+of+giant+unilamellar+vesicles+from+native+membranes+and+organic+lipid+mixtures+for+the+study+of+lipid+domains+under+physiological+ionic-strength+conditions.">Electroformation of giant unilamellar vesicles from native membranes and organic lipid mixtures for the study of lipid domains under physiological ionic-strength conditions.</a> Methods Mol Biol. 606, 105-114 (2010).</li><li>Olety, B., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+played+by+acidic+lipids+in+HIV-1+Gag+membrane+binding.">Roles played by acidic lipids in HIV-1 Gag membrane binding.</a> Virus Res. 193, 108-115 (2014).</li><li>Keller, H., Krausslich, H. G., Schwille, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimerizable+HIV+Gag+derivative+binds+to+the+liquid-disordered+phase+in+model+membranes.">Multimerizable HIV Gag derivative binds to the liquid-disordered phase in model membranes.</a> Cell Microbiol. 15 (2), 237-247 (2013).</li><li>Carlson, L. A., Hurley, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+reconstitution+of+the+ordered+assembly+of+the+endosomal+sorting+complex+required+for+transport+at+membrane-bound+HIV-1+Gag+clusters.">In vitro reconstitution of the ordered assembly of the endosomal sorting complex required for transport at membrane-bound HIV-1 Gag clusters.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (42), 16928-16933 (2012).</li><li>Gui, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+minimal+in+vitro+system+for+analyzing+HIV-1+Gag-mediated+budding.">A novel minimal in vitro system for analyzing HIV-1 Gag-mediated budding.</a> J Biol Phys. 41 (2), 135-149 (2015).</li><li>Prevost, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IRSp53+senses+negative+membrane+curvature+and+phase+separates+along+membrane+tubules.">IRSp53 senses negative membrane curvature and phase separates along membrane tubules.</a> Nat Commun. 6, 8529 (2015).</li></ol>

We declare that we have no conflicting interests.

Il saggio di legame GUV come descritto sopra fornisce una buona alternativa in scenari in cui altri test interazione proteina-lipide hanno i loro limiti. Questo test ci permette di esaminare le interazioni tra myristoylated Gag a figura intera e lipidi acidi con catene acilici lunghezza nativa nel contesto doppio strato lipidico e farlo senza lunghe centrifugazione di galleggiamento grazie ad alta densità gradienti di saccarosio o di altre lavorazioni di post-binding di Gag-lipidico complessi. Un altro vantaggio è che il comportamento di Gag può essere esaminato in una miscela complessa (per esempio, in presenza di componenti citosolici), che non è facilmente ottenuto in altre tecniche in tempo reale, come saggi di risonanza plasmonica di superficie a base. Pertanto, si può affermare che il saggio qui descritto permette di valutare in tempo reale delle interazioni lipidi Gag-acidi in un contesto più nativa di altri test utilizzati nel campo. Tuttavia, vi sono limitazioni associate con il metodo comebene. Per garantire che GUVs in un dato preparato hanno composizione simile tra loro e alla miscela originale, electroformation devono essere eseguite ben al di sopra della temperatura di transizione dei lipidi che hanno la più alta temperatura di transizione presente nella miscela di 25,26. Tuttavia, è possibile che l&#39;esposizione di lipidi a temperature più elevate per più tempo può portare alla rottura dei lipidi 25,27. Pertanto, per controllare la qualità del GUVs, oltre al controllo visivo attivato per inclusione di coloranti fluorescenti di lipidi (ad esempio, DID), è desiderabile per verificare la funzionalità del lipide di interesse [ad esempio, PI (4,5) P 2 ] utilizzando una sonda specifica-lipidico. Inoltre, con composizioni GUV che danno luogo a separazione di fase ad una certa temperatura, occorre prestare attenzione a mantenere con precisione una temperatura desiderata osservando l&#39;interazione proteina-GUV. Un&#39;altra limitazione è che le soluzioni di elevata forza ionica sono incompatibili con l&#39;elettroprotocollo di formazione qui descritto, e quindi GUVs vengono coltivati ​​e mantenuti in 300 mm soluzione di saccarosio 26. In particolare, però, alcuni studi hanno utilizzato con successo i buffer a forza ionica fisiologici nei loro protocolli electroformation modificati 28. Un aspetto critico è la quantità di Gag. Un sistema basato su lisato di reticolociti di coniglio viene spesso utilizzato per la preparazione di full-length HIV-1 gag in saggi di liposomi di galleggiamento. Tuttavia, la quantità di YFP-tagged Gag full-length ottenuto in questo sistema era insufficiente per la visualizzazione di Gag legame GUVs. Per risolvere questo problema, il sistema di trascrizione-traduzione di germe di grano lisato a base privo di cellule, che produce circa 8-10 volte quantità maggiore di Gag, è stato usato nel test corrente. Tuttavia, se GUV esperimenti di legame devono essere eseguite in assenza di componenti lisato cellulare eucariotica, si può usare proteine ​​purificate marcati con un fluoroforo come è stato fatto recentemente (descritte di seguito). E &#39;stato dimostrato che specifica ed efficace legame di Gag alle membrane è un processo cooperativo regolato da vari fattori quali miristato, RNA, headgroups lipidici e catene di acidi e interazioni Gag-Gag (valutata in riferimento 29). Il sistema in vitro di descrivere qui può essere esteso per affrontare i ruoli di fattori singolarmente o in combinazione per comprendere l&#39;ordine degli eventi nel processo cooperativo di Gag membrana vincolante. Finora, il sistema di analisi descritto chiarito un ruolo inaspettato della insaturi PI (4,5) P 2 catene acil nel legame di Gag, ma non quella di un canonica PI mammiferi cellule origine (4,5) P 2 -binding dominio ( il dominio di omologia pleckstrin della fosfolipasi C delta 1) 24, un risultato che non era stato rivelato da saggi di liposomi di galleggiamento. sistemi di dosaggio GUV-based sono stati utilizzati anche per capire altri aspetti della biologia Gag. Utilizzando un derivato Gag contenente un ricez inducibile artificialeMotivo erization e GUVs con zattera-like e non zattera come domini, Keller et al. hanno esaminato la relazione tra Gag partizionamento di domini &#39;zattera-like&#39; e multimerizzazione 30. Uno studio di Carlson et al. Ha utilizzato il sistema GUV e purificata e fluorescente Gag di capire l&#39;ordine sequenziale di reclutamento dei vari endosomiali ordinamento complessi necessari per il trasporto (ESCRT) proteine ​​di membrana da Gag 31. Di recente, un altro studio ha riportato la ricostituzione del processo di gemmazione delle vescicole Gag-indotta sul GUV utilizzando Gag coniugata con un fluoroforo 32. HIV-1 gag multimerizzazione porta alla formazione di submembrane reticolo Gag che è pensato per la curva delle membrane durante l&#39;assemblaggio. Quindi, con un ulteriore miglioramento dei sistemi di dosaggio Gag-GUV, il rapporto tra i cambiamenti di curvatura della membrana e membrana Gag vincolante, che è probabilmente l&#39;aspetto meno ben compreso di montaggio dell&#39;HIV, può essere analizzato come si sta facendo FOr altre proteine ​​curvatura sensibile cellulari 33. In sintesi, con questo protocollo, si possono ottenere quantità sufficienti di myristoylated Gag full-length e visualizzare Gag legame alle membrane GUV. Questo protocollo può essere ulteriormente sviluppato per esaminare varie fasi di HIV-1 montaggio e processi in erba.

dell&#39;immunodeficienza umana di tipo 1 del virus (HIV-1) è un virus con involucro che assembla a gemme e dalla membrana plasmatica (PM) nella maggior parte dei tipi di cellule. L&#39;assemblaggio del virus HIV-1 particelle virali è guidato dal 55 kDa proteina virale chiamata nucleo Pr55 Gag (Gag). Gag è sintetizzato come un precursore poliproteico composta da quattro principali domini strutturali, ovvero matrice, capside, nucleocapside e p6, nonché peptidi due distanziatori SP1 e SP2. Durante il montaggio, la matrice (MA) dominio è responsabile per il targeting di Gag al sito di assemblaggio, il capside (CA) dominio media interazioni-Gag Gag, il nucleocapside (NC) dominio recluta virale di RNA genomici, e fattori dell&#39;ospite p6 reclute che aiuti scissione particella del virus dalla membrana plasmatica. Gag subisce anche una modifica co-traslazionale mediante aggiunta di un acido grasso 14-carbonio o miristato porzione al suo N-terminale. legame di Gag membrana è un requisito essenziale per l&#39;assemblaggio virale, poiché mutants che sono difettosi in membrana vincolante non riescono a produrre particelle virali. Noi e altri hanno dimostrato che il legame di Gag è mediata da segnali bipartite all&#39;interno del dominio MA membrana: la frazione miristato N-terminale che media interazioni idrofobiche con il doppio strato lipidico e un gruppo di residui di base all&#39;interno del dominio MA definito come regione altamente di base ( HBR) che interagisce con i lipidi acidi sul PM 1-4. Studi di Gag-membrana interazioni con l&#39;espressione ectopica di polifosfoinositidi 5-fosfatasi IV (5ptaseIV), un enzima che catalizza l&#39;idrolisi di PM-specifica acida phosphatidylinositol- fosfolipidi (4,5) -bisphosphate [PI (4,5) P 2] per fosfatidilinositolo-4-fosfato, in cellule suggerito che Gag-PM localizzazione è mediata da PI (4,5) P 2 3,5. Tuttavia, gli studi in vitro che mira a comprendere i dettagli più meccanicistici di Gag-PI (4,5) P 2 interazioni hanno dimostrato di essere difficile per una serie di motivi. Peresempio, purificazione di full-length myristoylated HIV-1 Gag per esperimenti biochimici è stato tecnicamente difficile almeno in parte a causa della tendenza di Gag ad aggregarsi durante la purificazione. Quindi, le forme tronche di HIV-1 gag, come Myr-MA o Myr-MA-CA, o la forma non myristoylated sono stati spesso utilizzati in studi che necessitano di purificazione Gag (ad esempio, la risonanza magnetica nucleare, footprinting proteine, e la superficie risonanza plasmonica 6-9). In alternativa, accoppiato in reazioni di trascrizione-traduzione in vitro sono stati utilizzati per produrre full-length myristoylated HIV-1 Gag in altri studi biochimici 1,2. Tipicamente in questo sistema, un plasmide Gag-codifica è trascritta e tradotta con lisati cellulari eucariotiche (per esempio, lisati di reticolociti di coniglio) che sono privi di qualsiasi membrane cellulari e RNA messaggeri ma contengono i meccanismi di trascrizione e traduzione. Dopo la reazione, lisati cellulari contenenti Gag sono mescolati con membranes per l&#39;analisi delle interazioni Gag con i lipidi. Oltre alla facilità di preparazione integrale myristoylated Gag, metodi che utilizzano il sistema di traduzione in vitro trascrizione hanno un vantaggio che la sintesi Gag e successiva membrana reazioni di legame si verificano in un ambiente &#39;eucariotica citosol-like&#39; che possono rappresentare le condizioni fisiologiche. Questa struttura ha contribuito agli studi che hanno dimostrato che le molecole di RNA legate al dominio MA regolano Gag legame con lipidi acidi in modo competitivo 1,2,10-12. Tuttavia, poiché la quantità totale di proteine ​​Gag ottenuti in questi lisati cellulari non sono elevati, marcatura metabolica delle proteine ​​con amminoacidi radiomarcati necessarie per il loro rilevamento. A seconda del metodo per misurare le interazioni Gag-lipidi, sono stati utilizzati una varietà di preparazioni di membrane. Ciascuno di questi metodi ha i suoi punti di forza e limiti. La maggior parte dei test NMR basati richiedono l&#39;uso di lipidi con brevi acilecatene che sono solubili in acqua (per esempio, C4- e C8-PI (4,5) P 2) 6,8. Mentre i metodi NMR per testare legame di Gag ai lipidi che hanno catene acile da tempo trovato nelle cellule sono in fase di sviluppo, sono stati utilizzati soltanto con myristoylated o nonmyristoylated MA finora 8,13. In alternativa, liposomi preparati da lipidi che hanno catene lunghezza acilici nativi sono stati utilizzati in metodi biochimici come flottazione liposomi o fluorescenti tallone liposoma analisi di legame 2,3,10,14-16. Tuttavia, liposomi usati in questi test hanno piccolo diametro, e quindi le loro membrane hanno curvature ripidi e positivi. Al contrario, durante la prima fase di assemblaggio delle particelle nelle cellule HIV-1-infetti, Gag lega al PM, che è quasi planare sulla scala di Gag, e, successivamente, induce curvatura negativa durante erba. Pertanto, le membrane liposomi con curvatura ripida e positivo potrebbe non essere doppi strati lipidici ideali per studiare le interazioni Gag-lipidico. Per quanto riguarda i liposomi flotsaggi ation, un altro potenziale avvertimento è che l&#39;esposizione di complessi Gag-lipidi a gradiente di saccarosio ipertonico durante la centrifugazione possono influenzare l&#39;esito sperimentale. Per alleviare queste limitazioni e fornire un sistema sperimentale complementare, saggi per Gag legame giganti vescicole unilamellari (GUVs) sono stati sviluppati negli ultimi anni. GUVs sono vescicole doppio strato lipidico singoli i cui diametri estendersi a diverse decine di micrometri. Così, la curvatura di queste membrane analogo al PM sulla scala di Gag. Inoltre, grazie alle sue grandi dimensioni, che consente il controllo visivo in microscopi ottici, membrana vincolante proteine ​​Gag di fluorescenza etichettati o etichettati a queste vescicole sulla miscelazione può essere facilmente determinato senza successiva elaborazione di complessi Gag-lipidici. Abbiamo qui descritto un protocollo per studiare l&#39;HIV-1 gag membrana vincolante utilizzando GUVs ottenuti da un metodo electroformation. Vari metodi come dolce idratazione, idratazione gel-assistita, microfonogetto rofluidic e electroformation 17-22 sono stati utilizzati per ottenere GUVs. Per il protocollo qui descritto, il metodo electroformation è utilizzato principalmente per la sua efficacia nel formare GUVs con lipidi acide e la sua relativa facilità di utilizzo, senza la necessità di configurazioni costosi. Dal momento che la visualizzazione di Gag necessita di un reporter fluorescente, giallo proteina fluorescente (YFP) è geneticamente aggiunto al C-terminale di Gag (Gag-YFP). Proteine ​​Gag-YFP sono ottenute in vitro trascrizione e traduzione reazioni in a grano lisati germinali basato sulla tecnologia continuo scambio-flusso continuo (CECF). In questa tecnologia, sia la rimozione di sottoprodotti inibitori delle reazioni e fornitura di substrati di reazione e componenti energetiche vengono raggiunti in un meccanismo di dialisi a base. Per queste reazioni, è utilizzato un plasmide codificante Gag-YFP sotto il controllo di un promotore T7. Da segnalare, come illustrato in precedenza, lisati di germe di grano supportano myristoylation senza componenti aggiuntivi 23,24. Utilizzando questo metodo, è stato possibile ottenere una quantità sufficiente di full-length myristoylated Gag-YFP per la visualizzazione di Gag sulle membrane GUV 24. Qui si descrive il protocollo con cui legame HIV-1 gag a PI (4,5) P2 -contenenti membrane GUV può essere esaminato senza lunghe successiva elaborazione seguenti reazioni vincolanti e proporre che questo metodo complementare preesistente Gag-membrana test impegnativi e possono essere esteso a comprendere ulteriormente l&#39;HIV-1 gag-membrana vincolante.

<table><tbody><tr><td>Digital Multimeter</td><td>Meterman</td><td>30XR</td><td>A generic multimeter that can measure resistance and volts will serve the purpose.</td></tr><tr><td>Function Generator</td><td>Instek</td><td>GFG-8216A</td><td>A generic function generator that is capable of generating a sine wave at 10 Hz and 1 V is sufficient.</td></tr><tr><td>ITO coated glass slides</td><td>Delta Technologies, Loveland, CO</td><td>CG-90IN</td><td></td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Hoefer</td><td></td><td>Any incubator that can accurately maintain temperature will be sufficient</td></tr><tr><td>Vacuum chamber</td><td>Nalgene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermomixer R</td><td>Eppendorf</td><td>21516-166</td><td></td></tr><tr><td>Syringe</td><td>Hamilton</td><td>80400</td><td>Gauge 22S, Syringe number 702</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Sylgard elastomer base kit, Dow-Corning</td><td>Sylgard, 184</td><td></td></tr><tr><td>RTS 100 Wheat Germ CECF Kit</td><td>BiotechRabbit,&lt;br/&gt; Berlin, Germany</td><td>BR1401001</td><td></td></tr><tr><td>DiD</td><td>Life Technologies, Carlsbad, CA&amp;nbsp;</td><td>D7757</td><td></td></tr><tr><td>POPC</td><td>Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL&amp;nbsp;</td><td>850457C</td><td></td></tr><tr><td>POPS</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>840034C</td><td></td></tr><tr><td>Cholesterol</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>700041P</td><td></td></tr><tr><td>Brain-PI(4,5)P&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&amp;nbsp;</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>840046X</td><td></td></tr></tbody></table>

visualization of hiv-1 gag binding to giant unilamellar vesicle (guv) membranes

La proteina strutturale del virus HIV-1, Pr55 Gag (o Gag), si lega alla membrana plasmatica in cellule durante il processo di assemblaggio virus. legame di Gag membrana è un passo essenziale per la formazione di particelle di virus, dal momento che un difetto nella membrana Gag risultati vincolanti in grave compromissione della produzione di particelle virali. Per ottenere i dettagli meccanicistici di interazioni di membrana Gag-lipidi, metodi in vitro basati sulla risonanza magnetica nucleare, footprinting proteine, risonanza plasmonica di superficie, liposomi flottazione centrifugazione, o tallone di fluorescenza dei lipidi vincolanti sono stati sviluppati finora. Tuttavia, ciascuno di questi metodi in vitro ha i suoi limiti. Per superare alcune di queste limitazioni e fornire un approccio complementare ai metodi precedentemente stabiliti, abbiamo sviluppato un test in vitro in cui le interazioni tra HIV-1 Gag e membrane lipidiche si svolgono in un ambiente &quot;cell-like&quot;. In questo saggio, Gag legame con membrane lipidiche viene analizzato visivamente utilizzando YFP-Tagged Gag sintetizzato in un germe di grano, con sede a sistema di traduzione vitro e GUVs preparati da una tecnica electroformation. Qui si descrive lo sfondo e dei protocolli di ottenere proteine ​​Gag full-length myristoylated e membrane GUV necessarie per il test e di individuare Gag-GUV vincolante al microscopio.

<html> Utilizzando il protocollo di cui sopra, abbiamo preparato GUVs composto da POPC + POPS + Chol (rapporto molare: 4.66: 2.33: 3). Questa composizione è stata scelta in modo da riflettere circa le concentrazioni di PS e di colesterolo del PM. Robusto ed efficiente vincolante di Gag è stato osservato solo quando il cervello-PI (4,5) P2 è stato incluso nella miscela POPC + POPS + Chol (PI-cervello (4,5) P 2 [rapporto molare POPC + POPS + Chol + : 4: 2: 3: 1] in questo esempio) (Figura 4, confrontare pannelli B e D con a e C). Legame GUVs composti POPC + Gag-YFP SCHIOCCA + Chol + brain-PI (4,5) P 2 è evidente l&#39;aumento dell&#39;intensità della fluorescenza sulla superficie della membrana. Questo aumento può essere visto anche nei profili di intensità di fluorescenza (Figura 4, in basso) lungo la linea che attraversa il confine GUV (XX &#39;nella Figura 4C e D). carico / 54293 / 54293fig4.jpg &quot;/&gt; Figura 4: Gag lega al cervello-PI (4,5) P2 -contianing GUVs Una sezione trasversale confocale di POPC + POPS + Chol (A e C) e POPC + POPS + Chol + PI (4,5) P2. GUVs (B e D). Distribuzione di Gag-YFP è mostrato in verde. immagini ingrandite dei GUVs selezionati (scatole gialle) sono mostrati in pannelli C e D. intensità della fluorescenza profili lungo le linee scelte a caso disegnate per attraversare i lati opposti del GUVs (X di X &#39;) sono visualizzabili sotto le immagini. Bar = 5 micron. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54293/54293fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle GUV Membranes

We illustrate here an in vitro membrane binding assay in which interactions between HIV-1 Gag and lipid membranes are visually analyzed using YFP-tagged Gag synthesized in a wheat germ-based in vitro translation system and GUVs prepared by an electroformation technique.

Visualizzazione del virus HIV-1 gag rilegatura a Giant unilamellari vescicole (GUV) Membrane

The structural protein of HIV-1, Pr55Gag (or Gag), binds to the plasma membrane in cells during the virus assembly process. Membrane binding of Gag is an ...

visualization-hiv-1-gag-binding-to-giant-unilamellar-vesicle-guv

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle (GUV) Membranes

8.8K Views.  University of Michigan Medical School. We illustrate here an in vitro membrane binding assay in which interactions between HIV-1 Gag and lipid membranes are visually analyzed using YFP-tagged Gag synthesized in a wheat germ-based in vitro translation system and GUVs prepared by an electroformation technique. 

Video: Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle GUV Membranes

Visualizing Cell-to-cell Transfer of HIV using Fluorescent Clones of HIV and Live Confocal Microscopy

By fusing the green fluorescent protein to their favorite proteins, biologists now have the ability to study living complex cellular processes using fluorescence video microscopy. To track the movements of the human immunodeficiency virus core protein during cell-to-cell transmission of human immunodeficiency virus, we have GFP-tagged the Gag protein in the context of an infectious molecular clone of HIV, called HIV Gag-iGFP. We study this viral clone using video confocal microscopy. In the following visualized experiment, we transfect a human T cell line with HIV Gag-iGFP, and we use fluorescently labeled uninfected CD4+ T cells to serve as target cells for the virus. Using the different fluorescent labels we can readily follow viral production and transport across intercellular structures called virological synapses. Simple gas permeable imaging chambers allow us to observe synapses with live confocal microscopy from minutes to days. These approaches can be used to track viral proteins as they move in from one cell to the next.

This visualized experiment is a guide for utilizing a fluorescent molecular clone of HIV for live confocal imaging experiments.

Visualizzazione Cell-per-cell trasferimento del virus HIV usando cloni fluorescenti di HIV e Live Microscopia confocale

By fusing the green fluorescent protein to their favorite proteins, biologists now have the ability to study living complex cellular processes using ...

Ricerca

Immunologia e infezioni

Determination of Molecular Structures of HIV Envelope Glycoproteins using Cryo-Electron Tomography and Automated Sub-tomogram Averaging

Since its discovery nearly 30 years ago, more than 60 million people have been infected with the human immunodeficiency virus (HIV) <a href="http://www.usaid.gov">(www.usaid.gov)</a>. The virus infects and destroys CD4+ T-cells thereby crippling the immune system, and causing an acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) 2. Infection begins when the HIV Envelope glycoprotein "spike" makes contact with the CD4 receptor on the surface of the CD4+ T-cell. This interaction induces a conformational change in the spike, which promotes interaction with a second cell surface co-receptor 5,9. The significance of these protein interactions in the HIV infection pathway makes them of profound importance in fundamental HIV research, and in the pursuit of an HIV vaccine.
The need to better understand the molecular-scale interactions of HIV cell contact and neutralization motivated the development of a technique to determine the structures of the HIV spike interacting with cell surface receptor proteins and molecules that block infection. Using cryo-electron tomography and 3D image processing, we recently demonstrated the ability to determine such structures on the surface of native virus, at &tilde;20 &Aring; resolution 9,14. This approach is not limited to resolving HIV Envelope structures, and can be extended to other viral membrane proteins and proteins reconstituted on a liposome. In this protocol, we describe how to obtain structures of HIV envelope glycoproteins starting from purified HIV virions and proceeding stepwise through preparing vitrified samples, collecting, cryo-electron microscopy data, reconstituting and processing 3D data volumes, averaging and classifying 3D protein subvolumes, and interpreting results to produce a protein model. The computational aspects of our approach were adapted into modules that can be accessed and executed remotely using the Biowulf GNU/Linux parallel processing cluster at the NIH <a href="http://biowulf.nih.gov">(http://biowulf.nih.gov)</a>. This remote access, combined with low-cost computer hardware and high-speed network access, has made possible the involvement of researchers and students working from school or home.

The protocol describes a high-throughput approach to determining structures of membrane proteins using cryo-electron tomography and 3D image processing. It covers the details of specimen preparation, data collection, data processing and interpretation, and concludes with the production of a representative target for the approach, the HIV-1 Envelope glycoprotein. These computational procedures are designed in a way that enables researchers and students to work remotely and contribute to data processing and structural analysis.

Determinazione di strutture molecolari di glicoproteine ​​dell&#39;HIV Busta con Cryo-Electron Positron e automatizzato Sub-tomogramma Averaging

Since its discovery nearly 30 years ago, more than 60 million people have been infected with the human immunodeficiency virus (HIV) (www.usaid.gov). The ...

Imaging of HIV-1 Envelope-induced Virological Synapse and Signaling on Synthetic Lipid Bilayers

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection occurs most efficiently via cell to cell transmission2,10,11. This cell to cell transfer between CD4+ T cells involves the formation of a virological synapse (VS), which is an F-actin-dependent cell-cell junction formed upon the engagement of HIV-1 envelope gp120 on the infected cell with CD4 and the chemokine receptor (CKR) CCR5 or CXCR4 on the target cell 8. In addition to gp120 and its receptors, other membrane proteins, particularly the adhesion molecule LFA-1 and its ligands, the ICAM family, play a major role in VS formation and virus transmission as they are present on the surface of virus-infected donor cells and target cells, as well as on the envelope of HIV-1 virions1,4,5,6,7,13. VS formation is also accompanied by intracellular signaling events that are transduced as a result of gp120-engagement of its receptors. Indeed, we have recently showed that CD4+ T cell interaction with gp120 induces recruitment and phosphorylation of signaling molecules associated with the TCR signalosome including Lck, CD3&zeta;, ZAP70, LAT, SLP-76, Itk, and PLC&gamma;15.
In this article, we present a method to visualize supramolecular arrangement and membrane-proximal signaling events taking place during VS formation. We take advantage of the glass-supported planar bi-layer system as a reductionist model to represent the surface of HIV-infected cells bearing the viral envelope gp120 and the cellular adhesion molecule ICAM-1. The protocol describes general procedures for monitoring HIV-1 gp120-induced VS assembly and signal activation events that include i) bi-layer preparation and assembly in a flow cell, ii) injection of cells and immunofluorescence staining to detect intracellular signaling molecules on cells interacting with HIV-1 gp120 and ICAM-1 on bi-layers, iii) image acquisition by TIRF microscopy, and iv) data analysis. This system generates high-resolution images of VS interface beyond that achieved with the conventional cell-cell system as it allows detection of distinct clusters of individual molecular components of VS along with specific signaling molecules recruited to these sub-domains.

This article describes a method to visualize formation of an HIV-1 envelope-induced virological synapse on glass supported planar bilayers by total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. The method can also be combined with immunofluorescence staining to detect activation and redistribution of signaling molecules that occur during HIV-1 envelope-induced virological synapse formation.

Imaging di HIV-1 Envelope indotta Synapse virologica e segnalazione sui doppi strati lipidici sintetici

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection occurs most efficiently via cell to cell transmission2,10,11. This cell to cell transfer between ...

Conformational Evaluation of HIV-1 Trimeric Envelope Glycoproteins Using a Cell-based ELISA Assay

HIV-1 envelope glycoproteins (Env) mediate viral entry into target cells and are essential to the infectious cycle. Understanding how those glycoproteins are able to fuel the fusion process through their conformational changes could lead to the design of better, more effective immunogens for vaccine strategies. Here we describe a cell-based ELISA assay that allows studying the recognition of trimeric HIV-1 Env by monoclonal antibodies. Following expression of HIV-1 trimeric Env at the surface of transfected cells, conformation specific anti-Env antibodies are incubated with the cells. A horseradish peroxidase-conjugated secondary antibody and a simple chemiluminescence reaction are then used to detect bound antibodies. This system is highly flexible and can detect Env conformational changes induced by soluble CD4 or cellular proteins. It requires minimal amount of material and no highly-specialized equipment or know-how. Thus, this technique can be established for medium to high throughput screening of antigens and antibodies, such as newly-isolated antibodies.

Understanding viral surface antigens conformations is required to evaluate antibody neutralization and guide the design of effective vaccine immunogens. Here we describe a cell-based ELISA assay that allows the study of the recognition of trimeric HIV-1 Env expressed at the surface of transfected cells by specific anti-Env antibodies.

Valutazione conformazionale di HIV-1 trimeric busta glicoproteine ​​Utilizzando una base di Cell-ELISA Saggio

HIV-1 envelope glycoproteins (Env) mediate viral entry into target cells and are essential to the infectious cycle. Understanding how those glycoproteins ...

Phagosome Migration and Velocity Measured in Live Primary Human Macrophages Infected with HIV-1

Macrophages are phagocytic cells that play a major role at the crossroads between innate and specific immunity. They can be infected by the human immunodeficiency virus (HIV)-1 and because of their resistance to its cytopathic effects they can be considered to be persistent viral reservoirs. In addition, HIV-infected macrophages exhibit defective functions that contribute to the development of opportunistic diseases.
The exact mechanism by which HIV-1 impairs the phagocytic response of macrophages was unknown. We had previously shown that the uptake of various particulate material by macrophages was inhibited when they were infected with HIV-1. This inhibition was only partial and phagosomes did form within HIV-infected macrophages. Therefore, we focused on analyzing the fate of these phagosomes. Phagosome maturation is accompanied by migration of these compartments towards the cell center, where they fuse with lysosomes, generating phagolysosomes, responsible for degradation of the ingested material. We used IgG-opsonized Sheep Red Blood Cells as a target for phagocytosis. To measure the speed of centripetal movement of phagosomes in individual HIV-infected macrophages, we used a combination of bright field and fluorescence confocal microscopy. We established a method to calculate the distance of phagosomes towards the nucleus, and then to calculate the velocity of the phagosomes. HIV-infected cells were identified thanks to a GFP-expressing virus, but the method is applicable to non-infected cells or any type of infection or treatment.

We describe a method to measure the velocity of phagosomes moving towards the cell center in living cells infected with or without the human immunodeficiency virus (HIV) type 1, using spinning disk confocal fluorescence microscopy to identify fluorescent infected cells and bright field microscopy to detect phagosomes.

Migrazione phagosome e velocità misurata in Live primarie macrofagi umani infettati con HIV-1

Macrophages are phagocytic cells that play a major role at the crossroads between innate and specific immunity. They can be infected by the human ...

A High-throughput Cre-Lox Activated Viral Membrane Fusion Assay to Identify Inhibitors of HIV-1 Viral Membrane Fusion

This assay is designed to specifically report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein (GFP) detectable by flow cytometry or fluorescence microscopy. An HIV-1 reporter virus (HIV-1 Gag-iCre) is generated by inserting Cre recombinase into the HIV-1 genome between the matrix and the capsid proteins of the Gag polyprotein. This results in a packaging of Cre recombinase into virus particles, which is then released into a target cell line stably expressing a Cre recombinase-activated red fluorescent protein (RFP) to GFP switch cassette. In the basal state, this cassette expresses RFP only. Following the delivery of Cre recombinase into the target cell, the RFP, flanked by loxP sites, excises, resulting in GFP expression. This assay can be used to test any inhibitors of viral entry (specifically at the fusion step) in cell-free and cell-to-cell infection systems and has been used to identify a class of purinergic receptor antagonists as novel inhibitors of HIV-1 viral membrane fusion.

We describe a cell-based assay to report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein detectable by flow cytometry or fluorescence microscopy. It can be used to test inhibitors of viral entry (specifically at the fusion step) in cell-free and cell-to-cell infection systems.

Un High-throughput Cre-Lox attivato membrana virale Fusion test per identificare gli inibitori di fusione della membrana virale di HIV-1

This assay is designed to specifically report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein (GFP) detectable by flow cytometry or ...

Detection of Viral RNA by Fluorescence in situ Hybridization (FISH)

Viruses that infect cells elicit specific changes to normal cell functions which serve to divert energy and resources for viral replication. Many aspects of host cell function are commandeered by viruses, usually by the expression of viral gene products that recruit host cell proteins and machineries. Moreover, viruses engineer specific membrane organelles or tag on to mobile vesicles and motor proteins to target regions of the cell (during de novo infection, viruses co-opt molecular motor proteins to target the nucleus; later, during virus assembly, they will hijack cellular machineries that will help in the assembly of viruses). Less is understood on how viruses, in particular those with RNA genomes, coordinate the intracellular trafficking of both protein and RNA components and how they achieve assembly of infectious particles at specific loci in the cell. The study of RNA localization began in earlier work. Developing lower eukaryotic embryos and neuronal cells provided important biological information, and also underscored the importance of RNA localization in the programming of gene expression cascades. The study in other organisms and cell systems has yielded similar important information. Viruses are obligate parasites and must utilise their host cells to replicate. Thus, it is critical to understand how RNA viruses direct their RNA genomes from the nucleus, through the nuclear pore, through the cytoplasm and on to one of its final destinations, into progeny virus particles 1.
FISH serves as a useful tool to identify changes in steady-state localization of viral RNA. When combined with immunofluorescence (IF) analysis 22, FISH/IF co-analyses will provide information on the co-localization of proteins with the viral RNA3. This analysis therefore provides a good starting point to test for RNA-protein interactions by other biochemical or biophysical tests 4,5, since co-localization by itself is not enough evidence to be certain of an interaction. In studying viral RNA localization using a method like this, abundant information has been gained on both viral and cellular RNA trafficking events 6. For instance, HIV-1 produces RNA in the nucleus of infected cells but the RNA is only translated in the cytoplasm. When one key viral protein is missing (Rev) 7, FISH of the viral RNA has revealed that the block to viral replication is due to the retention of the HIV-1 genomic RNA in the nucleus 8. 
Here, we present the method for visual analysis of viral genomic RNA in situ. The method makes use of a labelled RNA probe. This probe is designed to be complementary to the viral genomic RNA. During the in vitro synthesis of the antisense RNA probe, the ribonucleotide that is modified with digoxigenin (DIG) is included in an in vitro transcription reaction. Once the probe has hybridized to the target mRNA in cells, subsequent antibody labelling steps (Figure 1) will reveal the localization of the mRNA as well as proteins of interest when performing FISH/IF.

Detection of Viral RNA by Fluorescence in situ Hybridization FISH

A fluorescence in situ hybridization (FISH) method was developed to visually detect viral genomic RNA using fluorescence microscopy. A probe is made with specificity to the viral RNA that can then be identified using a combination of hybridization and immunofluorescence techniques. This technique offers the advantage of identifying the localization of the viral RNA or DNA at steady-state, providing information on the control of intracellular virus trafficking events.

Rilevamento di RNA virale per fluorescenza<em&gt; In situ</em&gt; Hybridization (FISH)

Viruses  that infect cells elicit specific changes to normal cell functions which serve  to divert energy and resources for viral replication. Many ...

Biologia

Construction of Model Lipid Membranes Incorporating G-protein Coupled Receptors (GPCRs)

Robust in vitro investigations of the structure and function of integral membrane proteins has been a challenge due to the complexities of the plasma membrane and the numerous factors that influence protein behavior in live cells. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are a biomimetic and highly tunable in vitro model system for investigating protein-membrane interactions and probing protein behavior in a precise, stimulus-dependent manner. In this protocol, we present an inexpensive and effective method for fabricating GUVs with the human serotonin 1A receptor (5-HT1AR) stably integrated in the membrane. We fabricate GUVs using a modified hydrogel swelling method; by depositing a lipid film on top of a mixture of agarose and 5-HT1AR and then hydrating the entire system, vesicles can be formed with properly oriented and functional 5-HT1AR incorporated into the membrane. These GUVs can then be used to examine protein-membrane interactions and localization behavior via microscopy. Ultimately, this protocol can advance our understanding of the functionality of integral membrane proteins, providing profound physiological insight.

Construction of Model Lipid Membranes Incorporating G-protein Coupled Receptors GPCRs

This protocol utilizes agarose swelling as a powerful and generalizable technique for incorporating integral membrane proteins (IMPs) into giant unilamellar lipid vesicles (GUVs), as described here for the reconstitution of the human 1A serotonin receptor protein (5-HT1AR), one of the classes of pharmacologically important G protein-coupled receptors.

Costruzione di membrane lipidiche modello che incorporano recettori accoppiati alla proteina G (GPCR)

Robust in vitro investigations of the structure and function of integral membrane proteins has been a challenge due to the complexities of the plasma ...

Bioingegneria

Pulling Membrane Nanotubes from Giant Unilamellar Vesicles

The reshaping of the cell membrane is an integral part of many cellular phenomena, such as endocytosis, trafficking, the formation of filopodia, etc. Many different proteins associate with curved membranes because of their ability to sense or induce membrane curvature. Typically, these processes involve a multitude of proteins making them too complex to study quantitatively in the cell. We describe a protocol to reconstitute a curved membrane in vitro, mimicking a curved cellular structure, such as the endocytic neck. A giant unilamellar vesicle (GUV) is used as a model of a cell membrane, whose internal pressure and surface tension are controlled with micropipette aspiration. Applying a point pulling force on the GUV using optical tweezers creates a nanotube of high curvature connected to a flat membrane. This method has traditionally been used to measure the fundamental mechanical properties of lipid membranes, such as bending rigidity. In recent years, it has been expanded to study how proteins interact with membrane curvature and the way they affect the shape and the mechanics of membranes. A system combining micromanipulation, microinjection, optical tweezers, and confocal microscopy allows measurement of membrane curvature, membrane tension, and the surface density of proteins, concurrently. From these measurements, many important mechanical and morphological properties of the protein-membrane system can be inferred. In addition, we lay out a protocol of creating GUVs in the presence of physiological salt concentration, and a method of quantifying the surface density of proteins on the membrane from fluorescence intensities of labeled proteins and lipids.

Many proteins in the cell sense and induce membrane curvature. We describe a method to pull membrane nanotubes from lipid vesicles to study the interaction of proteins or any curvature-active molecule with curved membranes in vitro.

Tirando nanotubi di membrana da vescicole unilamellari gigante

The reshaping of the cell membrane is an integral part of many cellular phenomena, such as endocytosis, trafficking, the formation of filopodia, etc. Many ...

Single-Cell Multiplexed Fluorescence Imaging to Visualize Viral Nucleic Acids and Proteins and Monitor HIV, HTLV, HBV, HCV, Zika Virus, and Influenza Infection

Capturing the dynamic replication and assembly processes of viruses has been hindered by the lack of robust in situ hybridization (ISH) technologies that enable sensitive and simultaneous labeling of viral nucleic acid and protein. Conventional DNA fluorescence in situ hybridization (FISH) methods are often not compatible with immunostaining. We have therefore developed an imaging approach, MICDDRP (multiplex immunofluorescent cell-based detection of DNA, RNA and protein), which enables simultaneous single-cell visualization of DNA, RNA, and protein. Compared to conventional DNA FISH, MICDDRP utilizes branched DNA (bDNA) ISH technology, which dramatically improves oligonucleotide probe sensitivity and detection. Small modifications of MICDDRP enable imaging of viral proteins concomitantly with nucleic acids (RNA or DNA) of different strandedness. We have applied these protocols to study the life cycles of multiple viral pathogens, including human immunodeficiency virus (HIV)-1, human T-lymphotropic virus (HTLV)-1, hepatitis B virus (HBV), hepatitis C virus (HCV), Zika virus (ZKV), and influenza A virus (IAV). We demonstrated that we can efficiently label viral nucleic acids and proteins across a diverse range of viruses. These studies can provide us with improved mechanistic understanding of multiple viral systems, and in addition, serve as a template for application of multiplexed fluorescence imaging of DNA, RNA, and protein across a broad spectrum of cellular systems.

Presented here is a protocol for a fluorescence imaging approach, multiplex immunofluorescent cell-based detection of DNA, RNA, and protein (MICDDRP), a method capable of simultaneous fluorescence single-cell visualization of viral protein and nucleic acids of different type and strandedness. This approach can be applied to a diverse range of systems.

Imaging a fluorescenza multiplexata a singola cellula per visualizzare acidi nucleici e proteine virali e monitorare HIV, HTLV, HBV, HCV, virus Zika e infezione influenzale

Capturing the dynamic replication and assembly processes of viruses has been hindered by the lack of robust in situ hybridization (ISH) technologies that ...

Visualizzazione del virus HIV-1 gag rilegatura a Giant unilamellari vescicole (GUV) Membrane

Riepilogo

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Capitoli in questo video

Visualizzazione Cell-per-cell trasferimento del virus HIV usando cloni fluorescenti di HIV e Live Microscopia confocale

Determinazione di strutture molecolari di glicoproteine dell'HIV Busta con Cryo-Electron Positron e automatizzato Sub-tomogramma Averaging

Imaging di HIV-1 Envelope indotta Synapse virologica e segnalazione sui doppi strati lipidici sintetici

Valutazione conformazionale di HIV-1 trimeric busta glicoproteine Utilizzando una base di Cell-ELISA Saggio

Migrazione phagosome e velocità misurata in Live primarie macrofagi umani infettati con HIV-1

Un High-throughput Cre-Lox attivato membrana virale Fusion test per identificare gli inibitori di fusione della membrana virale di HIV-1

Rilevamento di RNA virale per fluorescenza

Costruzione di membrane lipidiche modello che incorporano recettori accoppiati alla proteina G (GPCR)

Tirando nanotubi di membrana da vescicole unilamellari gigante

Imaging a fluorescenza multiplexata a singola cellula per visualizzare acidi nucleici e proteine virali e monitorare HIV, HTLV, HBV, HCV, virus Zika e infezione influenzale

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