慢病毒系統工作原理

2021-01-16 比比生物科技




該系統是如何工作的

慢病毒和逆轉錄病毒基因遞送系統利用了逆轉錄病毒複製方面的性質以獲得目標核酸序列穩定的整合。核酸轉染只能獲得瞬時的轉基因表達,而基於逆轉錄病毒和慢病毒的系統卻可以獲得外源基因穩定的整合,外源基因於是被遺傳下去隨重複的細胞分裂持續表達。慢病毒和逆轉錄病毒載體的一個重要特徵是他們產生的是複製有缺陷的,即自身無活性的病毒顆粒。這使得目標序列得以轉運,而在目標細胞中不存在連續的病毒複製。更重要的是,因為它們中的一些是人源病毒,這免去了使用活的病原體所伴隨而來的危險。複製缺陷的病毒是通過反式互補的方式生產的(圖4),其中包裝細胞與三種不同的質粒(見下文)共轉染(圖5),它們一起表達產生有感染能力的病毒顆粒所需的全部蛋白,並帶有遞送所需的目標核酸序列。儘管很多慢病毒載體系統基於轉運兩個輔助質粒(第二代)和轉運質粒,一些更新的系統(第三代)則將包裝和包膜構建在三個質粒上再與轉運質粒結合。用於構造複製缺陷的逆轉錄病毒或慢病毒的典型的轉運質粒和兩個輔助質粒如下文所述:

圖 4. 製作慢病毒和逆轉錄病毒載體。慢病毒載體(左邊)的生產:將一個包裝細胞系(293T/293FT)與表達cDNA/shRNA的轉運質粒、兩個輔助/包裝質粒共轉染,輔助/包裝質粒編碼結構和包膜(通常為VSV-G)蛋白。包裝細胞產生有感染能力的顆粒,其基因組僅編碼來自於轉運質粒的序列,這可用於轉染目標細胞。逆轉錄病毒載體(右邊)的生產:與慢病毒生產類似,主要的差異在於第一步只轉染一個質粒。只將轉運質粒轉入包裝細胞系(Phoenix),包裝細胞系內已有輔助構建體。改編自。

轉運載體

該質粒用於將目標基因遞送至靶細胞。U3區域和其他3'LTR轉錄活性序列被切除,這導致它成為一個自身無活性的LTR(這樣的LTR被認為比完整的/有活性的LTR更安全,因為後者能夠激活插入位置附近的基因)。5'LTR驅動包裝基因RNA的表達,該轉基因由載體內的啟動子驅動 [11] 。

病毒酶蛋白

Gag和Pol:這些病毒蛋白是病毒粒子的成熟所需要的。Tat和Rev上調轉錄活性和核轉運RNA基因組。這些附屬基因已被剔除以減少重組發生的可能性和增加安全性(見下文安全性一節) [11] 。在新一代的慢病毒系統中,Tat已被剔除,Rev被置於一個單獨的載體上以增加安全性。

包膜蛋白

病毒載體可以藉助其他病原體的外殼蛋白包裝成假病毒,以改變其嗜性。最常用的是皰疹性口腔炎病毒膜融合包膜G糖蛋白(VSV-G) [21] 。其他常見的包膜蛋白來源於狂犬病毒、鼠白血病病毒、伊波拉病毒、杆狀病毒、麻疹病毒和纖絲病毒。杆狀病毒GP64和肝炎E1和E2型假病毒增強肝轉導,纖絲病毒包膜型假病毒增強呼吸道上皮細胞或內皮細胞的轉導。有趣的是,假病毒還會影響狂犬病毒糖蛋白包被的慢病毒的運輸,導致軸突逆行運輸 [12] 。

注意:由於γ-逆轉錄病毒和慢病毒gag、pol和env基因間的亞型差異,轉運質粒和包裝質粒不能夠互換。

操作慢病毒和逆轉錄病毒時的安全問題

處理基於慢病毒和γ-逆轉錄病毒的載體時應特別小心,因為他們通常來源於人病原體。操作這些載體時主要的隱患在於(a)產生能自我複製的有感染能力的慢病毒;(b)腫瘤生成的潛在可能性;(c)轉基因的潛在毒性。第二和第三代慢病毒系統作為主要的可獲得的商品化的慢病毒系統採取了很多安全措施降低了這些風險 [19] 。在這些系統中,包裝蛋白和酶用不同的載體表達,減少了包裝構建體之間的同源性,因此降低了同源重組的可能性。此外,由於剔除了3'LTR,很多慢病毒轉運載體是自身無活性的 [20] 。

處理病毒載體時需要採取的行動包括:

穿著適當的個人防護設備(即實驗服和手套;一些公司建議帶兩雙手套)

在二級潔淨層流櫃內操作

所有的工作檯表面都要進行消毒(尤其是溢出、濺出或產生氣溶膠後)

採用二級生物安全櫃或增強型二級生物安全櫃

關於處理慢病毒和逆轉錄病毒的更多信息和實驗室生物安全水平標準,請詢問NIH和美國疾病控制與預防中心健康和安全辦公室。


如果需要慢病毒實驗相關試劑、實驗方法、注意事項等信息請閱讀原文查找



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