HIV基因編輯技術(shù)介紹

基因編輯技術(shù)在艾滋病毒研究中展現(xiàn)出前景

用于編輯基因的 CRISPR/Cas 系統(tǒng)的發(fā)展正在改變基因工程。1 , 2與 HIV 感染等疾病過(guò)程相關(guān)的生物途徑尤其令人感興趣。3 HIV 通過(guò)感染和破壞免疫系統(tǒng)細(xì)胞，特別是對(duì)哺乳動(dòng)物適應(yīng)性免疫反應(yīng)至關(guān)重要的 T 細(xì)胞，對(duì)免疫系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。不同的研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了 CRISPR/Cas 基因編輯模型，試圖減少 HIV 感染。

CRISPR/Cas最初被發(fā)現(xiàn)是原核適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。 CRISPR 代表成簇規(guī)則間隔的短回文重復(fù)，它們是包含堿基 DNA 序列短重復(fù)的原核 DNA 片段。重復(fù)序列由短間隔外源 DNA 分隔開(kāi)，該外源 DNA 源自原核生物（細(xì)菌和古細(xì)菌）先前暴露于質(zhì)?；蚴删w病毒。

CRISPR 與 CRISPR 相關(guān) (CAS) 基因協(xié)調(diào)發(fā)揮作用，使原核適應(yīng)性免疫系統(tǒng)能夠識(shí)別、響應(yīng)和消除外源 DNA。 CRISPR/Cas基因編輯被稱(chēng)為分子剪刀，因?yàn)樗举|(zhì)上是從原核生物基因組中剪掉外源DNA（質(zhì)粒和噬菌體）。原核生物中的 CRISPR/Cas 基因編輯類(lèi)似于真核生物中的 RNA 干擾或基因沉默。

原核 CRISPR/Cas 機(jī)制被用來(lái)開(kāi)發(fā)一系列豐富的編輯工具，例如用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞的 CRISPR/Cas9。 CRISPR/Cas9 有兩個(gè)主要組件：Cas9 和 RNA 向?qū)В笳咄ㄟ^(guò)互補(bǔ)核苷酸結(jié)合將 Cas9 靶向特定的 DNA 片段。 Cas9 是一種核酸內(nèi)切酶，通過(guò)與向?qū)?RNA 結(jié)合，以序列特異性方式切割雙鏈 DNA。指導(dǎo) RNA 包含與目標(biāo) DNA 配對(duì)的核苷酸。

RNA 向?qū)Ы?jīng)過(guò)基因工程改造，可與選定的基因靶標(biāo)配對(duì)，并與 Cas9 一起遞送至細(xì)胞。當(dāng) RNA 引導(dǎo) Cas9 到達(dá)目標(biāo)基因組序列時(shí)，它允許 Cas9 在基因組中選定的目標(biāo)點(diǎn)切割兩條 DNA 鏈。然后可以在 Cas9 切割位點(diǎn)修改、插入或去除 DNA。

研究人員設(shè)計(jì)了 RNA 向?qū)?lái)指導(dǎo) Cas9 切割含有必需基因或長(zhǎng)末端重復(fù)序列的 HIV 病毒 DNA 的不同區(qū)域。3 CRISPR/Cas9 基因編輯可顯著抑制各種研究細(xì)胞模型中的 HIV 病毒產(chǎn)生和感染，包括人類(lèi)多能干細(xì)胞、原代 CD4+ T 細(xì)胞和 CD4+ T 細(xì)胞系。理論上，消除感染細(xì)胞中病毒表達(dá)所必需的HIV病毒DNA或基因應(yīng)該能夠滅活或消除HIV感染。

不幸的是，研究人員還在一些實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞產(chǎn)生了 CRISPR/Cas9 抗性突變。當(dāng) Cas9 被引導(dǎo)切割時(shí)，這些突變聚集在病毒位點(diǎn)。 Cas9 無(wú)法切割目標(biāo)位點(diǎn)，因此 CRISPR/CAS9 攻擊無(wú)效。3 HIV 與其他病毒一樣，具有進(jìn)化出對(duì)其他攻擊機(jī)制（例如人類(lèi)免疫系統(tǒng)和抗病毒的藥物）的抵抗力的能力。

在另一種對(duì)抗 HIV-1 感染的方法中，CRISPR/Cas9 已被用來(lái)消除趨化因子受體 5 型 (CCR5) 的表達(dá)。4CCR5 是一種輔助受體，某些 HIV 類(lèi)型需要 CCR5 才能進(jìn)入 T 細(xì)胞并引起 HIV 感染。研究人員利用靶向 CCR5 的 CRISPR/CAS9 載體破壞了 CD34 陽(yáng)性造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞中的 CCR5 基因。研究人員表明，CCR-5 突變克隆保留了分化為多種造血譜系的能力，并且很少引入脫靶突變。這很重要，因?yàn)榘踩允腔蚓庉嫾夹g(shù)重要問(wèn)題。因此，有必要證明經(jīng)過(guò)編輯的細(xì)胞仍然可以發(fā)揮作用，并避免意外的、可能有害的突變。 CRISPR/CAS 系統(tǒng)的成功和局限性的認(rèn)識(shí)都在推動(dòng)優(yōu)化策略。

重要的是，突變 CCR5 的策略已在使用鋅指核酸酶 (ZFN) 的初步臨床醫(yī)學(xué)研究試驗(yàn)中成功進(jìn)行了測(cè)試。 ZFN 與 CRISP/Cas 一樣，也是有前途的基因編輯分子剪刀工具，用于減少細(xì)胞中 HIV 的表達(dá)。 ZFN 是通過(guò)將 DNA 切割核酸酶結(jié)構(gòu)域與鋅指 DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域融合而生成的。與 CRISPR/Cas 技術(shù)中使用的 RNA 向?qū)б粯?，鋅指結(jié)構(gòu)域可以被設(shè)計(jì)為靶向特定的 DNA。含有 Fok1 限制性酶的核酸酶結(jié)構(gòu)域是分子剪刀組件，可催化切割目標(biāo) DNA。 SB-728-T，也稱(chēng)為 CCR5-ZFN，是一種研究性基因治療 ZFN 藥物（clinicaltrials.gov：NCT01543152、NCT01252641 和 NCT01044654）。

CCR5-ZFN 的機(jī)制基于 CCR5 的基因工程修飾，使 CCR5 失去功能，細(xì)胞對(duì) HIV 感染具有更強(qiáng)的抵抗力。 CCR5-ZFN 試劑是從給定個(gè)體獲得的自體 T 細(xì)胞，例如 CD4+ T 細(xì)胞，通過(guò)鋅指核酸酶對(duì) CCR5 基因進(jìn)行遺傳修飾，然后重新引入宿主生物體。修改后的 CCR5 基因座可能消除 HIV 進(jìn)入并感染 T 細(xì)胞的一個(gè)場(chǎng)所（CCR5 受體）。4 CCR5-ZFN/SB-728-T 用于研究以確定 CCR5 轉(zhuǎn)基因細(xì)胞是否能夠抵抗 HIV 感染。研究人員還渴望確定 CCR5-ZFN/SB-728-T 是否可以將自身復(fù)制到其他耐藥細(xì)胞中，并通過(guò)阻止 HIV 進(jìn)入細(xì)胞來(lái)恢復(fù)受感染宿主的免疫細(xì)胞功能。

MyBioSource 提供以下用于基因編輯研究用途的產(chǎn)品：

• 人趨化因子受體 5 型 (CCR5)，ELISA 試劑盒（目錄號(hào) #MBS2020083）

• CRISPR/Cas9，單克隆抗體（貨號(hào)#MBS375383）

• 化膿性鏈球菌 CRISPR 相關(guān)蛋白 9 核酸酶，重組蛋白（目錄號(hào) #MBS140642）

• HIV（人類(lèi)免疫缺陷病毒）ELISA 試劑盒（貨號(hào)#MBS766122）

• HIV-2 gp39，單克隆抗體（貨號(hào)#MBS430025）

• HIV Gp41/gg36，重組蛋白（貨號(hào)#MBS319756）

• HIV-1 p24，單克隆抗體（貨號(hào)#MBS8241470）

• HIV-1 Tat 相互作用蛋白 2 單克隆抗體 ELISA 試劑盒（產(chǎn)品目錄號(hào) #MBS732587）