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该系统是如何工作的
慢病毒和逆转录病毒基因递送系统利用了逆转录病毒复制方面的性质以获得目标核酸序列稳定的整合。核酸转染只能获得瞬时的转基因表达,而基于逆转录病毒和慢病毒的系统却可以获得外源基因稳定的整合,外源基因于是被遗传下去随重复的细胞分裂持续表达。慢病毒和逆转录病毒载体的一个重要特征是他们产生的是复制有缺陷的,即自身无活性的病毒颗粒。这使得目标序列得以转运,而在目标细胞中不存在连续的病毒复制。更重要的是,因为它们中的一些是人源病毒,这免去了使用活的病原体所伴随而来的危险。复制缺陷的病毒是通过反式互补的方式生产的(图4),其中包装细胞与三种不同的质粒(见下文)共转染(图5),它们一起表达产生有感染能力的病毒颗粒所需的全部蛋白,并带有递送所需的目标核酸序列。尽管很多慢病毒载体系统基于转运两个辅助质粒(第二代)和转运质粒,一些更新的系统(第三代)则将包装和包膜构建在三个质粒上再与转运质粒结合。用于构造复制缺陷的逆转录病毒或慢病毒的典型的转运质粒和两个辅助质粒如下文所述:
图4.制作慢病毒和逆转录病毒载体。慢病毒载体(左边)的生产:将一个包装细胞系(T/FT)与表达cDNA/shRNA的转运质粒、两个辅助/包装质粒共转染,辅助/包装质粒编码结构和包膜(通常为VSV-G)蛋白。包装细胞产生有感染能力的颗粒,其基因组仅编码来自于转运质粒的序列,这可用于转染目标细胞。逆转录病毒载体(右边)的生产:与慢病毒生产类似,主要的差异在于第一步只转染一个质粒。只将转运质粒转入包装细胞系(Phoenix),包装细胞系内已有辅助构建体。改编自。
转运载体
该质粒用于将目标基因递送至靶细胞。U3区域和其他3LTR转录活性序列被切除,这导致它成为一个自身无活性的LTR(这样的LTR被认为比完整的/有活性的LTR更安全,因为后者能够激活插入位置附近的基因)。5LTR驱动包装基因RNA的表达,该转基因由载体内的启动子驱动[11]。
病毒酶蛋白
Gag和Pol:这些病毒蛋白是病毒粒子的成熟所需要的。Tat和Rev上调转录活性和核转运RNA基因组。这些附属基因已被剔除以减少重组发生的可能性和增加安全性(见下文安全性一节)[11]。在新一代的慢病毒系统中,Tat已被剔除,Rev被置于一个单独的载体上以增加安全性。
包膜蛋白
病毒载体可以借助其他病原体的外壳蛋白包装成假病毒,以改变其嗜性。最常用的是疱疹性口腔炎病毒膜融合包膜G糖蛋白(VSV-G)[21]。其他常见的包膜蛋白来源于狂犬病毒、鼠白血病病毒、埃博拉病毒、杆状病毒、麻疹病毒和纤丝病毒。杆状病毒GP64和肝炎E1和E2型假病毒增强肝转导,纤丝病毒包膜型假病毒增强呼吸道上皮细胞或内皮细胞的转导。有趣的是,假病毒还会影响狂犬病毒糖蛋白包被的慢病毒的运输,导致轴突逆行运输[12]。
注意:由于γ-逆转录病毒和慢病毒gag、pol和env基因间的亚型差异,转运质粒和包装质粒不能够互换。
操作慢病毒和逆转录病毒时的安全问题
处理基于慢病毒和γ-逆转录病毒的载体时应特别小心,因为他们通常来源于人病原体。操作这些载体时主要的隐患在于(a)产生能自我复制的有感染能力的慢病毒;(b)肿瘤生成的潜在可能性;(c)转基因的潜在毒性。第二和第三代慢病毒系统作为主要的可获得的商品化的慢病毒系统采取了很多安全措施降低了这些风险[19]。在这些系统中,包装蛋白和酶用不同的载体表达,减少了包装构建体之间的同源性,因此降低了同源重组的可能性。此外,由于剔除了3LTR,很多慢病毒转运载体是自身无活性的[20]。
处理病毒载体时需要采取的行动包括:
穿着适当的个人防护设备(即实验服和手套;一些公司建议带两双手套)
在二级洁净层流柜内操作
所有的工作台表面都要进行消毒(尤其是溢出、溅出或产生气溶胶后)
采用二级生物安全柜或增强型二级生物安全柜
关于处理慢病毒和逆转录病毒的更多信息和实验室生物安全水平标准,请询问NIH和美国疾病控制与预防中心健康和安全办公室。
如果需要慢病毒实验相关试剂、实验方法、注意事项等信息请阅读原文查找
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