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Simultaneous Protein and RNA Analysis in Single Extracellular Vesicles, Including Viruses

细胞外小泡 核糖核酸 小泡 细胞外 生物物理学 化学 细胞生物学 纳米技术 生物 计算生物学 生物化学 材料科学 基因
作者
Zach Troyer,Олеся Гололобова,Aakash Koppula,Zhaohao Liao,Felix Horns,Michael B. Elowitz,Juan Pablo Tosar,Mona Batish,Kenneth W. Witwer
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c03679
摘要

The individual detection of human immunodeficiency virus (HIV) virions and resolution from extracellular vesicles (EVs) during analysis is a difficult challenge. Infectious enveloped virions and nonviral EVs are released simultaneously by HIV-infected host cells, in addition to hybrid viral EVs containing combinations of HIV and host components but lacking replicative ability. Complicating the issue, EVs and enveloped virions are both delimited by a lipid bilayer and share similar size and density. The feature that distinguishes infectious virions from host and hybrid EVs is the HIV genomic RNA (gRNA), which allows the virus to replicate. Single-particle analysis techniques, which provide snapshots of single biological nanoparticles, could resolve infectious virions from EVs. However, current single-particle analysis techniques focus mainly on protein detection, which fail to resolve hybrid EVs from infectious virions. A method to simultaneously detect viral protein and internal gRNA in the same particle would allow resolution of infectious HIV from EVs and noninfectious virions. Here, we introduce SPIRFISH, a high-throughput method for single-particle protein and RNA analysis, combining single particle interferometric reflectance imaging sensor with single-molecule fluorescence in situ hybridization. Using SPIRFISH, we detect HIV-1 envelope protein gp120 and genomic RNA within single infectious virions, allowing resolution against EV background and noninfectious virions. We further show that SPIRFISH can be used to detect specific RNAs within EVs. This may have major utility for EV therapeutics, which are increasingly focused on EV-mediated RNA delivery. SPIRFISH should enable single particle analysis of a broad class of RNA-containing nanoparticles.
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