Summary

Proteinfehlfaltungen Cyclic Amplification von Prionen

Published: November 07, 2012
doi:

Summary

Proteinfehlfaltung zyklischen Amplifikation (PMCA) ist ein in vitro-Assay zur Untersuchung von Prionen Umwandlung und Dehnung und Artgrenzen. Es kann auch als ein Prion-Nachweis-Assay verwendet werden.

Abstract

Prionen sind infektiöse Agenzien, die unweigerlich tödlichen übertragbaren spongiformen Enzephalopathie (TSE) verursachen bei Menschen und Tieren 9,18. Das Prionprotein hat zwei verschiedene Isoformen, die nicht-infektiösen Host-codierte Protein (PrP C) und das infektiöse Protein (PrP Sc), eine abnormal gefaltete Isoform von PrP C 8.

Eine der Herausforderungen bei der Arbeit mit Prion-Agenten ist die lange Inkubationszeit vor der Entwicklung von klinischen Anzeichen nach Host Inokulation 13. Das traditionell langen und teuren Tier-Bioassay Studien beauftragt. Darüber hinaus werden die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften von PrP Sc schlecht charakterisiert durch ihre ungewöhnliche Konformation und Aggregation Staaten.

PrP Sc kann Saatgut die Umwandlung von PrP C zu PrP Sc in vitro 14. PMCA ist ein in vitro-Technik, nimmt advantage dieser Fähigkeit mit Ultraschallbehandlung und Inkubation Zyklen, große Mengen an PrP Sc zu erzeugen, mit einer beschleunigten Rate von einer Anlage mit überschüssigen Mengen an PrP C und winzige Mengen des PrP Sc Saatgut 19. Diese Technik hat sich als wirksam rekapitulieren die Art und Stamm von PrP Sc Spezifität Umwandlung von PrP C zu Prionenstamm Interferenz emulieren, und mit sehr geringen Mengen von PrP Sc aus infizierten Geweben, Fluiden, und Umweltproben 6,7,16 amplifizieren, 23.

Dieses Papier Details der PMCA Protokoll, einschließlich Empfehlungen zur Minimierung Kontamination Erzeugung konsistente Ergebnisse und Quantifizierung dieser Ergebnisse. Wir diskutieren auch mehrere PMCA Anwendungen, einschließlich der Erzeugung und Charakterisierung von Prion-Stämme, Prionenstamm Störungen, und der Nachweis von Prionen in der Umwelt.

Protocol

Ein. Vorbereiten der Ausrüstung Verwenden Sie einen Misonix 3000 oder Misonix 4000 Ultraschallgerät (Farmingdale, NY) mit einem Thermo Electron Neslab EX-7 Wasserbad (Newington, NH), um eine konstante Temperatur von 37 ° C zu halten Beschallen die Proben in 200 ul dünnwandigen PCR-Röhrchen Streifen mit gewölbten Deckeln von Thermo Scientific (Waltham, MA) erhalten. Ein neues Ultraschallgerät benötigt eine "Pause"-Periode des kontinuierlichen Betriebs 9. Eine zweimonatige…

Representative Results

Proteinfehlfaltung zyklischen Amplifikation (PMCA) wird verwendet, um PrP Sc in vitro 7, 12, 14, 19, 24 zu amplifizieren. Eine erfolgreiche Amplifikation PrP Sc ist durch einen Anstieg der Bandenintensität auf Western Blots des PK-Prionprotein (Migration zwischen 19 und 30 kDa für Hamster abstammenden Prionenstämme), wie in 3 gezeigt ist. Die Zunahme seiner Bandenintensität nach PMCA zeigt Verstärkung des PK-resistente PrP Sc Mat…

Discussion

Herausforderungen der Verstärkung infektiöse Prion-Proteine ​​sind die langen Inkubationszeit und die Kosten der In-vivo-Experimente. Die PMCA Technik ist ein kostengünstiges Mittel, um infektiöse Prion-Agenten zu verstärken. Mehreren Laboratorien haben die Fähigkeit, genau zu amplifizieren PMCA Prionenstämme in vitro 7, 9, 12, 14, 19,24 bestätigt.

Prion-Erkrankungen können zwischen verschiedenen Arten übertragen werden. Bessen und Marsh haben effek…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir möchten Dr. Vesper Fe Marie Ramos für die kritische Durchsicht des Manuskripts danken. Diese Arbeit wurde vom National Center for Research Resources (P20 RR0115635-6, C06 RR17417-01 und G20RR024001) und dem National Institute for Neurological Disorders and Stroke (2R01 NS052609) unterstützt.

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