Лентивирусный вектор в генной терапии - Lentiviral vector in gene therapy

Лентивирусные векторы в генной терапии это метод, с помощью которого гены могут быть вставлены, изменены или удалены в организмах с использованием лентивирус.

Лентивирусы - это семейство вирусы которые вызывают серьезные заболевания, такие как СПИД, которые заражают, вставляя ДНК в свои клетки-хозяева ' геном.[1] Многие из таких вирусов послужили основой для исследований с использованием вирусов в ген терапии, но лентивирус уникален по своей способности инфицировать неделящиеся клетки и, следовательно, имеет более широкий спектр потенциальных применений.[2] Лентивирусы могут стать эндогенный (ERV), интегрируя свой геном в геном зародышевой линии хозяина, так что отныне вирус наследуется потомками хозяина. Чтобы быть эффективным в генная терапия, должно быть добавление, изменение и / или удаление клетка-хозяин гены. Для этого ученые используют механизмы заражения лентивирусом для достижения желаемого результата генной терапии.

Лентивирус

Структура вириона ВИЧ, разновидность лентивируса. Мембрана с выступающими гликопротеинами окружает капсид, содержащий ферменты и геном вирусной РНК.

Чтобы понять возможности лентивируса вектор, необходимо учитывать биологию инфекционного процесса. Лентивирус - это ретровирус, что означает, что он имеет одноцепочечный РНК геном с ферментом обратной транскриптазы. Лентивирусы также имеют вирусный конверт с выступающими гликопротеины которые помогают прикрепляться к внешней мембране клетки-хозяина. Вирус содержит обратная транскриптаза обнаружено, что молекула выполняет транскрипция вирусного генетического материала при попадании в клетку. В вирусном геноме есть последовательности РНК, которые кодируют определенные белки, которые облегчают включение вирусных последовательностей в геном клетки-хозяина. В ген "кляпа" кодирует структурные компоненты вирусных белков нуклеокапсида: матрикс (MA / p17), капсидные (CA / p24) и нуклеокапсидные (NC / p7) белки. Домен «pol» кодирует ферменты обратной транскриптазы и интегразы. Наконец, домен "env" вирусного генома кодирует гликопротеины и оболочку на поверхности вируса.[3]

Есть несколько этапов инфицирования и репликации лентивируса в клетке-хозяине. На первом этапе вирус использует свои поверхностные гликопротеины для прикрепления к внешней поверхности клетки. В частности, лентивирусы прикрепляются к CD4 гликопротеины на поверхности клетки-мишени хозяина. Затем вирусный материал вводят в цитоплазму клетки-хозяина. В цитоплазме фермент обратной транскриптазы вируса выполняет обратную транскрипцию генома вирусной РНК, чтобы создать геном вирусной ДНК. Затем вирусная ДНК отправляется в ядро ​​клетки-хозяина, где она включается в геном клетки-хозяина с помощью вирусного фермента. интегрировать. С этого момента клетка-хозяин начинает транскрибировать всю вирусную РНК и экспрессировать структурные вирусные белки, в частности те, которые образуют вирусный капсид и оболочку. Затем происходит сборка лентивирусной РНК и вирусных белков, и вновь образованная вирионы покинуть клетку-хозяин когда сделано достаточно.

Использовать как вектор

Один из методов генной терапии включает изменение вируса, чтобы он действовал как вектор для вставки полезных генов в клетки. В отличие от других ретровирусов, которые не могут проникать через ядерная оболочка и поэтому может воздействовать на клетки только в то время, когда они подвергаются митоз, лентивирусы могут инфицировать клетки независимо от того, делятся они или нет. Многие типы клеток, например нейроны, не делятся у взрослых организмов, поэтому лентивирусная генная терапия является хорошим кандидатом для лечения состояний, которые влияют на эти типы клеток.[4]

Некоторые экспериментальные применения лентивирусных векторов[5] были сделаны в генной терапии для лечения таких заболеваний, как Сахарный диабет, Гемофилия мыши A, рак простаты, хроническая гранулематозная болезнь, и сосудистые заболевания.

Терапия требует манипулирования генами и структурой лентивирусов для доставки определенных генов, чтобы изменить течение болезни. Необходимо удалить части вирусного генома, чтобы вирус не мог самовоспроизводиться. Он заменяется геном, который навсегда включается в геном клетки-хозяина.[4] с помощью генетически модифицированный вирус.

ВИЧ -производные лентивирусные векторы были использованы для введения библиотек комплементарные ДНК, короткие шпильки РНК, и цис-регуляторные элементы во многие цели, в том числе эмбриональные стволовые клетки.[6]

Приложения

Сосудистые трансплантаты

В исследовании, разработанном для улучшения результатов трансплантации сосудов с помощью генной терапии эндотелиальных клеток сосудов, третье поколение лентивирусов показало свою эффективность в доставке генов в умеренные венозные трансплантаты и трансплантаты при таких процедурах, как шунтирование коронарной артерии. Поскольку вирус адаптирован к утрате большей части своего генома, вирус становится более безопасным и более эффективным в трансплантации необходимых генов в клетку-хозяин. Недостаток этой терапии объясняется в исследовании тем, что для долгосрочной экспрессии генов может потребоваться использование промоторов и может помочь в большей экспрессии трансгена. Исследователи достигли этого путем добавления самоинактивирующихся плазмид и создания более универсального тропизма путем псевдотипирования гликопротеина вируса везикулярного стоматита.[7]

Хроническая гранулематозная болезнь

В хроническая гранулематозная болезнь иммунная функция недостаточна в результате потери никотиномид адениндинуклеотидфосфатоксидазы (НАДФН_оксидаза ) в фагоцит клетки, которые катализируют производство супероксид свободные радикалы. Если этого становится недостаточно, фагоциты не могут эффективно уничтожать поглощенные бактерии, поэтому гранулемы может быть сформирован. Исследование, проведенное на мышах, подчеркивает использование клон-специфичных лентивирусных векторов для производства НАДФ. Ученые разработали этот штамм лентивируса путем трансинфекции клеток 293T псевдотипированным вирусом с белком везикулярного стоматита G. Ответственность вирусного вектора заключалась в увеличении синтеза гена и продукции НАДФ в этих фагоцитарных клетках. Они сделали это, чтобы создать сродство к миелоидным клеткам.[8]

Рак простаты

При раке простаты лентивирус трансформируется, связываясь с трастузумаб для присоединения к андроген-чувствительным LNCaP и устойчивым к кастрации клеточным линиям рака простаты человека C4-2. Эти две клетки в первую очередь ответственны за секрецию избыточного рецептора 2 эпидермального фактора роста человека (HER-2 ), который является гормоном, вызывающим рак простаты. Присоединяясь к этим клеткам и изменяя их геномы, лентивирус может замедлить и даже убить клетки, вызывающие рак. Исследователи обусловили специфичность вектора, манипулируя участком Fab вирусного генома, и присвоили ему псевдотип вируса Синдбис.[9]

Гемофилия А

Гемофилия А также изучалась при генной терапии лентивирусным вектором на мышах. Вектор нацелен на гематопоэтические клетки, чтобы увеличить количество фактора VIII, на который влияет гемофилия А. Но это продолжает оставаться предметом исследования, поскольку лентивирусный вектор не был полностью успешным в достижении этой цели. Они сделали это путем трансфекции вируса в клетку 293T, создав вирус, известный как 2bF8, экспрессирующий генерацию вирусных векторов.[10]

Ревматоидный артрит

Исследования также показали, что инъекция лентивирусного вектора с Ил-10 Экспрессия генов внутриутробно у мышей может подавлять и предотвращать ревматоидный артрит и создавать новые клетки с постоянной экспрессией генов. Это способствует получению данных о стволовых клетках и внутриутробной инокуляции вирусных векторов для генной терапии. Мишенью для вирусного вектора в этом исследовании были синовиальные клетки. Нормально функционирующие синовиальные клетки производят TNFα и Ил-1.[11]

Сахарный диабет

Как и многие исследования in utero, генная терапия лентивирусным вектором для лечения сахарного диабета более эффективна в утробе матери, поскольку стволовые клетки, на которые воздействует генная терапия, создают новые клетки с новым геном, созданным фактическим вирусным вмешательством. Вектор нацелен на клетки поджелудочной железы, чтобы добавить гены, секретирующие инсулин, чтобы помочь контролировать сахарный диабет. Векторы были клонированы с использованием цитомегаловирус промотор и затем котрансинфицировали в клетке 293T.[12]

Рекомендации

  1. ^ Рыцарь С.Б. (2012). «Лентивирусные векторы для генной терапии».
  2. ^ Кокрелл, Адам С .; Кафри, Тал (2007-07-01). «Доставка генов лентивирусными векторами». Молекулярная биотехнология. 36 (3): 184–204. Дои:10.1007 / s12033-007-0010-8. ISSN  1073-6085. PMID  17873406.
  3. ^ Бреннер С., Малек Х.Л. (апрель 2003 г.). «Текущие разработки в области дизайна онко-ретровирусных и лентивирусных векторных систем для генной терапии гемопоэтических клеток». Биохим. Биофиз. Acta. 1640 (1): 1–24. Дои:10.1016 / S0167-4889 (03) 00024-7. PMID  12676350.
  4. ^ а б Buchschacher GL, Wong-Staal F (апрель 2000 г.). «Разработка лентивирусных векторов для генной терапии болезней человека». Кровь. 95 (8): 2499–504. Дои:10.1182 / кровь.V95.8.2499. PMID  10753827.
  5. ^ "Что такое лентивирусные векторы?".
  6. ^ Налдини Л., Троно Д., Верма И.М. (2016). «Лентивирусные векторы, два десятилетия спустя». Наука. 353 (6304): 1101–1102. Bibcode:2016Научный ... 353.1101N. Дои:10.1126 / science.aah6192. PMID  27609877.
  7. ^ Дисхарт К.Л., Денби Л., Джордж С.Дж., Никлин С.А., Йендлури С., Тюрк М.Дж., Келли М.П., ​​Донахью Б.А., Ньюби А.С., Хардинг Т., Бейкер А.Х. (июль 2003 г.). «Лентивирусные векторы третьего поколения эффективно трансдуцируют и фенотипически модифицируют сосудистые клетки: значение для генной терапии». J. Mol. Клетка. Кардиол. 35 (7): 739–48. Дои:10.1016 / S0022-2828 (03) 00136-6. PMID  12818564.
  8. ^ Barde I, Laurenti E, Verp S, Wiznerowicz M, Offner S, Viornery A, Galy A, Trumpp A, Trono D (ноябрь 2011 г.). «Лентивирусные векторы с ограничением по происхождению и стадии для генной терапии хронической гранулематозной болезни». Джин Тер. 18 (11): 1087–97. Дои:10.1038 / gt.2011.65. PMID  21544095.
  9. ^ Zhang KX, Moussavi M, Kim C, Chow E, Chen IS, Fazli L, Jia W, Rennie PS (ноябрь 2009 г.). «Лентивирусы с трастузумабом, прикрепленным к их оболочкам, могут нацеливаться и убивать клетки рака простаты». Рак Ген Тер. 16 (11): 820–31. Дои:10.1038 / cgt.2009.28. PMID  19373278.
  10. ^ Ши К., Уилкокс Д.А., Фахс С.А., Фанг Дж., Джонсон Б.Д., Д.Ю. Л.М., Десаи Д., Монтгомери Р.Р. (февраль 2007 г.). «Опосредованная лентивирусами тромбоцитарная генная терапия фактора VIII при гемофилии А у мышей». J. Thromb. Haemost. 5 (2): 352–61. Дои:10.1111 / j.1538-7836.2007.02346.x. PMID  17269937.
  11. ^ Ройбал Дж. Л., Эндо М., Раду А., Золтик П. В., Флаке А. В. (июль 2011 г.). «Ранний гестационный перенос IL-10 путем системного введения лентивирусного вектора может предотвратить артрит на мышиной модели». Джин Тер. 18 (7): 719–26. Дои:10.1038 / gt.2011.23. PMID  21390071.
  12. ^ О, Т.К., Ли М.З., Ким С.Т. (март 2006 г.). «Генная терапия сахарного диабета у крыс путем внутримышечной инъекции лентивируса, содержащего ген инсулина». Diabetes Res. Clin. Практика. 71 (3): 233–40. Дои:10.1016 / j.diabres.2005.08.005. PMID  16171885.

дальнейшее чтение

Смотрите также