利用VP40衍生肽变体对循环埃博拉病毒载量进行物种特异性定量

Species-specific quantification of circulating ebolavirus burden using VP40-derived peptide variants.

作者信息Qingbo Shu, Tara Kenny, Jia Fan, Christopher J Lyon, Lisa H Cazares, Tony Y Hu
PMID34748613
发布时间2021-11-08
DOI10.1371/journal.ppat.1010039

实验完整度

高

包含体外重组蛋白和VLP加标实验、不同物种灭活病毒粒子验证、NHP感染血浆分析,以及功能验证(抗体亲和力、LOD)和机制验证(序列差异导致的亲和力差异)。

主要模型

EBOV VLPs SUDV VLPs EBOV感染的食蟹猴血浆 重组VP40蛋白(EBOV、SUDV、BDBV)

重点核对

VP40肽段p8和p12的序列差异及物种特异性 抗体对p8和p12变体的亲和力差异(EBOV vs SUDV 分别为2.6倍和19倍) 样品灭活方法(0.5% Triton X-100,100°C处理5分钟) 内标肽(稳定同位素标记的p8)的使用 VLP中VP40含量的定量(Western blot和IP-MS)

摘要

迄今为止报道了六种埃博拉病毒物种,包括人类病原体本迪布焦病毒(BDBV)、埃博拉病毒(EBOV)、苏丹病毒(SUDV)和塔伊森林病毒(TAFV);非人类病原体雷斯顿病毒(RESTV);以及可能的邦巴利病毒(BOMV)。由于不同物种引起的疾病严重程度存在差异,物种鉴定和病毒载量定量对于及时有效地治疗感染患者至关重要。在这里,我们开发了一种免疫沉淀耦合质谱(IP-MS)检测方法,用于VP40抗原的检测和定量。我们仔细选择了VP40的两个区域,从蛋白质序列中指定为肽8和肽12,这些区域在埃博拉病毒物种之间表现出微小变异,通过胰蛋白酶肽的MS分析和基于可用生物信息学工具的抗原性预测,并生成了对这些变异肽具有泛特异性的高质量捕获抗体。我们将该方法应用于掺入来自EBOV、SUDV和BDBV的重组VP40蛋白和病毒样颗粒(VLP)的人血浆,以及EBOV感染的NHP血浆。EBOV和SUDV(致死率最高的两个物种)之间的序列替换导致p8的亲和力变化2.6倍,p12的19倍。所提出的IP-MS检测方法通过结合p8和p12数据,在一次检测中区分六种已知EBV物种中的四种。使用多反应监测(MRM)作为信号读出的IP-MS检测方法的检测限(LOD)对于EBOV和SUDV分别确定为28 ng/mL和7 ng/mL,相当于约1.625–6.5×10^5 Geq/mL,与目前用于埃博拉监测的侧向层析免疫测定的LOD相当。IP-MS检测方法的两个肽也通过使用微型MALDI-TOF MS仪器的串联MS谱图进行鉴定,大大增加了在分散实验室中进行高特异性检测的可行性。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何实现对循环埃博拉病毒载量的物种特异性定量?
核心机制
VP40肽段p8和p12的物种特异性序列差异被泛特异性抗体捕获,通过质谱检测这些肽段的质荷比差异来区分不同埃博拉病毒物种。
主要证据
通过LC-MS/MS分析EBOV和SUDV重组VP40蛋白的酶解产物,选择出两个具有物种差异且抗原性良好的肽段p8和p12;制备了针对这些肽段的泛特异性抗体,并证明其能够捕获不同物种的VP40肽段变体;在VLP和NHP血浆中验证了该方法的定量能力。
研究意义
该方法能够在一次检测中区分四种埃博拉病毒物种并定量VP40,且具有与现有快速检测相当的灵敏度,有望用于埃博拉疫情的现场监测和患者管理。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

候选生物标志物肽段的选择

从VP40蛋白中筛选出能够区分埃博拉病毒物种的肽段,用于后续抗体设计和检测。

对EBOV和SUDV重组VP40蛋白进行胰蛋白酶消化,通过LC-MS/MS分析鉴定肽段,并基于多序列比对和抗原性预测筛选出p8和p12两个候选肽段。

2

抗体亲和力差异评估

评估p8和p12肽段变体与制备的抗体之间的亲和力差异,以确保能有效捕获所有变体。

开发了针对p12的MRM检测方法,检测EBOV和SUDV p12变体的峰面积,结合酶切和电离效率差异,推算抗体亲和力差异。

3

VLP加标血浆中的VP40定量

在模拟临床样本中验证IP-MS方法的定量能力和物种区分能力。

将EBOV和SUDV VLP掺入健康人血浆中,经灭活、酶解和免疫沉淀后,用MRM检测p8和p12信号,并建立标准曲线和LOD。

4

其他物种病毒的验证

验证该方法对其他埃博拉病毒物种(BDBV、TAFV、RESTV)的适用性。

使用灭活的BDBV、TAFV和RESTV病毒粒子,在血浆中加标,检测p8和p12信号,评估线性。

5

NHP血浆中的IP-MALDI-MS验证

评估使用MALDI-TOF MS作为读出方式在NHP感染样本中检测VP40的可行性。

使用MALDI-TOF MS(Bruker Microflex LRF)和迷你MALDI-TOF MS(Shimadzu MALDImini-1)检测NHP血浆中免疫沉淀的p8和p12肽段。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
EBOV重组VP40蛋白IBT BioServices0564-001
SUDV重组VP40蛋白IBT BioServices0569-001
BDBV重组VP40蛋白Sino Biological40448-V07E
293T细胞----
脂质体转染试剂Invitrogen--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Pierce23225
Triton X-100SigmaX100-500ML
PVDF膜----
Pierce无蛋白封闭液Thermo Fisher Scientific37572
抗VP40单克隆抗体IBT BioServices0201-016
山羊抗小鼠IRDye 680标记抗体LICOR Biosciences926-68070
Odyssey红外成像系统LI-COR Biosciences9210
Protein G偶联磁珠Thermo Fisher Scientific1009D
磷酸盐缓冲液Fisher ScientificBP399-4
吐温-20SigmaP9416-100
Tris碱溶液Bio-Rad161-0716
测序级修饰胰蛋白酶PromegaV5111
Orbitrap Fusion Lumos质谱仪Thermo Fisher Scientific--
UltiMate 3000超高效液相色谱系统Thermo Fisher Scientific--
Acclaim PepMap100 C18 trap columnThermo Fisher Scientific160454
PepMap RSLC C18 analytical columnThermo Fisher Scientific164568
EASY-nLC 1000高效液相色谱系统Thermo Scientific--
Altis三重四极杆质谱仪Thermo Scientific--
Microflex LRF MALDI-TOF MS系统Bruker Daltonics--
α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA)Sigma70990-1G-F
MALDImini-1质谱仪Shimadzu--
Empore C8固相萃取盘3M2214-C8
Microcon-30kDa离心过滤装置MilliporeMRCF0R030
KLH偶联合成肽GenScript--
TAFV灭活病毒粒子BEI ResourcesNR-44241
BDBV灭活病毒粒子BEI ResourcesNR-31813
RESTV灭活病毒粒子BEI ResourcesNR-44238
稳定同位素标记的内标肽Thermo Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
候选肽段选择
VP40蛋白来源(EBOV、SUDV),胰蛋白酶消化条件(酶量、时间、温度),LC-MS/MS参数,抗原性预测工具及阈值
阅读提示:Methods中'Recombinant VP40, irradiated virions, VLPs and stable-isotope-labeled peptide standard'和'MS analysis of tryptic peptides of recombinant EBOV and SUDV VP40'小节,以及Figure 1的图注
抗体亲和力评估
MRM检测中使用的肽段序列(p12)、过渡离子选择、色谱条件、样品加标浓度
阅读提示:Results中'Enrichment of VP40 peptide variants using pan-peptide variants antibody'部分和Figure 3图注
VLP加标血浆定量
VLP中VP40含量(22.4%±1.3% vs 28.0%±3.3%),加标量范围(2.5 ng至2.5 μg),灭活条件(0.5% Triton X-100, 100°C, 5分钟),酶解条件(测序级胰蛋白酶,37°C, 1小时),内标浓度(2.5 pmol)
阅读提示:Methods中'IP-MS analysis of VP40 in human plasma'小节和Figure 4图注
其他物种病毒验证
灭活病毒粒子来源(BEI Resources),病毒蛋白浓度范围(0.625-10 μg/mL),p8和p12肽段序列
阅读提示:Results中'Quantification of VP40 from VLP-spiked plasma by IP-LC-MS analysis of p8 and p12 signal'部分的最后一段和Figure 5图注
NHP血浆IP-MALDI-MS
NHP感染样本的病毒滴度(7.91×10^9 Geq/mL),FASP处理条件(尿素浓度、碘乙酰胺浓度、胰蛋白酶量),MALDI-TOF MS参数(激光能量、基质浓度)
阅读提示:Methods中'Filter-aided sample preparation (FASP) for infected NHP plasma'和'MS analysis of immunoprecipitated VP40 peptides'小节,以及Figure 6图注