Summary

Protein Misfolding Cyclic Amplification des prions

Published: November 07, 2012
doi:

Summary

Repliement des protéines amplification cyclique (PMCA) est un test in vitro pour l'étude de la conversion du prion et les obstacles souche et l'espèce. Il peut également être utilisé comme un test de détection de prion.

Abstract

Les prions sont des agents infectieux qui causent l'encéphalopathie spongiforme inévitablement fatale transmissible (EST) chez les animaux et les humains 9,18. La protéine prion présente deux isoformes distincts, le non-infectieuse codée par l'hôte de protéine (PrP C) et la protéine infectieuse (PrP Sc), une isoforme anormale pliée de PrP C 8.

L'un des défis de travailler avec les prions est la longue période d'incubation avant l'apparition des signes cliniques qui suivent le 13 inoculation d'accueil. Cette traditionnellement chargé longs et coûteux essais biologiques d'origine animale. En outre, les propriétés biochimiques et biophysiques de la PrP Sc sont mal caractérisées en raison de leur conformation inhabituelle et états d'agrégation.

PrP Sc peut engendrer la conversion de PrP C en PrP Sc in vitro 14. PMCA est une technique in vitro qui prend avantage de cette capacité en utilisant les cycles de sonication et d'incubation pour produire de grandes quantités de PrP Sc, à une vitesse accélérée, à partir d'un système contenant des quantités excessives de PrP C et des quantités infimes de la graine PrP Sc 19. Cette technique s'est avérée efficace pour résumer la spécificité d'espèce et la souche de PrP Sc conversion de PrP C, à imiter les interférences souche de prion, et d'amplifier de très faibles niveaux de PrP Sc dans les tissus infectés, fluides, et les échantillons environnementaux 6,7,16, 23.

Cet article détaille le protocole de PMCA, y compris des recommandations pour minimiser la contamination, des résultats constants, et de quantifier ces résultats. Nous discutons également plusieurs applications PMCA, notamment la production et la caractérisation des souches de prions infectieux, les interférences souche de prion, et la détection des prions dans l'environnement.

Protocol

1. Préparation de l'équipement Utilisez un 3000 Misonix ou Misonix 4000 sonicateur (Farmingdale, NY) relié à un bain Thermo Electron Neslab EX-7 de l'eau (Newington, NH) pour maintenir une température constante de 37 ° C. Soniquer les échantillons dans 200 pi à parois minces barrettes de tubes PCR avec bouchons bombés obtenus à partir de Thermo Scientific (Waltham, MA). Un appareil à ultrasons nouvelle marque nécessite un "break-in" période de fonctionnement continu <s…

Representative Results

Amplification cyclique protéine repliement (PMCA) est utilisée pour amplifier la PrP Sc in vitro 7, 12, 14, 19, 24. Un succès PrP Sc amplification est démontré par une augmentation de l'intensité des bandes sur Western blot de la protéine prion PK-résistante (migration entre 19 et 30 kDa pour souches de prion de hamster dérivés), comme illustré à la figure 3. L'augmentation de l'intensité de la bande après PMCA indique l'amplificati…

Discussion

Les défis de amplification protéines prions infectieuses sont les longues périodes d'incubation et les frais de dans des expériences in vivo. La technique PMCA est un moyen rentable pour amplifier les prions infectieux. Plusieurs laboratoires ont confirmé la capacité de PMCA avec précision amplifier souches de prion in vitro 7, 9, 12, 14, 19,24.

Les maladies à prions peuvent être transmis entre les espèces. Bessen et Marsh ont effectivement…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous tenons à remercier le Dr Vesper Fe Marie Ramos pour la lecture critique du manuscrit. Ce travail a été soutenu par le National Center for Research Resources (P20 RR0115635-6, C06-01 et RR17417 G20RR024001) et l'Institut national des troubles neurologiques et des maladies (2R01 NS052609).

Materials

Reagent / Equipment Manufacturer Cat. Number
Misonix 3000 Misonix S-3000
Misonix 4000 Misonix S-4000
Tenbroeck Tissue Grinder Kontes 885000-0007
Neslab EX-7 Water Bath Thermo Electron Neslab EX-7
0.2 ml PCR Tube Strips Thermo Scientific AB-0451
Triton X-100 Sigma Aldrich T9284-100ML
Complete Protease Inhibitor Roche 11 697 498 001
EDTA J.T. Baker 4040-00
DPBS Mallinckrodt Baker Mediatech 21-031-CV
Versi-Dry Lab Soakers Fisher Scientific 14 206 28
Repti Therm Heater Zoo Med Laboratories, Inc. RH-4

References

  1. Ayers, J. I., Schutt, C. R., Shikiya, R. A., Aguzzi, A., Kincaid, A. E., Bartz, J. C. The strain-encoded relationship between PrP replication, stability and processing in neurons is predictive of the incubation period of disease. PLoS pathogens. 7, e1001317 (2011).
  2. Barria, M. A., Mukherjee, A., Gonzalez-Romero, D., Morales, R., Soto, C. De novo generation of infectious prions in vitro produces a new disease phenotype. PLoS Pathog. 5, e1000421 (2009).
  3. Bessen, R. A., Marsh, R. F. Biochemical and physical properties of the prion protein from two strains of the transmissible mink encephalopathy agent. J. Virol. 66, 2096-2101 (1992).
  4. Bessen, R. A., Marsh, R. F. Distinct PrP properties suggest the molecular basis of strain variation in transmissible mink encephalopathy. J. Virol. 68, 7859-7868 (1994).
  5. Bessen, R. A., Marsh, R. F. Identification of two biologically distinct strains of transmissible mink encephalopathy in hamsters. J. Gen. Virol. 73, 329-334 (1992).
  6. Castilla, J., Gonzalez-Romero, D., Saa, P., Morales, R., De Castro, J., Soto, C. Crossing the species barrier by PrP(Sc) replication in vitro generates unique infectious prions. Cell. 134, 757-768 (2008).
  7. Castilla, J., Morales, R., Saa, P., Barria, M., Gambetti, P., Soto, C. Cell-free propagation of prion strains. EMBO J. 27, 2557-2566 (2008).
  8. Caughey, B., Raymond, G. J. The scrapie-associated form of PrP is made from a cell surface precursor that is both protease- and phospholipase-sensitive. J. Biol. Chem. 266, 18217-18223 (1991).
  9. Deleault, N. R., Harris, B. T., Rees, J. R., Supattapone, S. Formation of native prions from minimal components in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104, 9741-9746 (2007).
  10. Dickinson, A. G., Fraser, H., Meikle, V. M., Outram, G. W. Competition between different scrapie agents in mice. Nat. New Biol. 237, 244-245 (1972).
  11. Gonzalez-Romero, D., Barria, M. A., Leon, P., Morales, R., Soto, C. Detection of infectious prions in urine. FEBS Lett. 582, 3161-3166 (2008).
  12. Green, K. M., Castilla, J., Seward, T. S., Napier, D. L., Jewell, J. E., Soto, C., Telling, G. C. Accelerated high fidelity prion amplification within and across prion species barriers. PLoS Pathog. 4, e1000139 (2008).
  13. Hadlow, W. J., Race, R. E., Kennedy, R. C. Temporal distribution of transmissible mink encephalopathy virus in mink inoculated subcutaneously. J. Virol. 61, 3235-3240 (1987).
  14. Kocisko, D. A., Come, J. H., Priola, S. A., Chesebro, B., Raymond, G. J., Lansbury, P. T., Caughey, B. Cell-free formation of protease-resistant prion protein. Nature. 370, 471-474 (1994).
  15. Kurt, T. D., Telling, G. C., Zabel, M. D., Hoover, E. A. Trans-species amplification of PrP(CWD) and correlation with rigid loop 170N. Virology. 387, 3235-3240 (2009).
  16. Maddison, B. C., Baker, C. A., Terry, L. A., Bellworthy, S. J., Thorne, L., Rees, H. C., Gough, K. C. Environmental sources of scrapie prions. J. Virol. 84, 11560-11562 (2010).
  17. Nichols, T. A., Pulford, B., Wyckoff, A. C., Meyerett, C., Michel, B., Gertig, K., Hoover, E. A., Jewell, J. E., Telling, G. C., Zabel, M. D. Detection of protease-resistant cervid prion protein in water from a CWD-endemic area. Prion. 3, 171-183 (2009).
  18. Prusiner, S. B. Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie. Science. 216, 136-144 (1982).
  19. Saborio, G. P., Permanne, B., Soto, C. Sensitive detection of pathological prion protein by cyclic amplification of protein misfolding. Nature. 411, 810-813 (2001).
  20. Saunders, S. E., Bartz, J. C., Vercauteren, K. C., Bartelt-Hunt, S. L. An enzymatic treatment of soil-bound prions effectively inhibits replication. Appl. Environ. Microbiol. 77, 4313-4317 (2011).
  21. Saunders, S. E., Shikiya, R. A., Langenfeld, K., Bartelt-Hunt, S. L., Bartz, J. C. Replication efficiency of soil-bound prions varies with soil type. Journal of virology. , (2011).
  22. Schutt, C. R., Bartz, J. C. Prion interference with multiple prion isolates. Prion. 2, 61-63 (2008).
  23. Shikiya, R. A., Ayers, J. I., Schutt, C. R., Kincaid, A. E., Bartz, J. C. Co-infecting prion strains compete for a limiting cellular resource. Journal of. 84, 5706-5714 (2010).
  24. Shikiya, R. A., Bartz, J. C. In vitro generation of high titer prions. Journal of virology. , (2011).
  25. Weber, P., Giese, A., Piening, N., Mitteregger, G., Thomzig, A., Beekes, M., Kretzschmar, H. A. Generation of genuine prion infectivity by serial PMCA. Veterinary microbiology. 123, 346-357 (2007).

Play Video

Cite This Article
Saunders, S. E., Bartz, J. C., Shikiya, R. A. Protein Misfolding Cyclic Amplification of Prions. J. Vis. Exp. (69), e4075, doi:10.3791/4075 (2012).

View Video