AAV/LV介导基因过表达

原理

        基因过表达是将目的基因的编码区克隆到相应的工具病毒载体上，导入细胞使基因实现大量转录和翻译，从而实现目的基因的过表达。此外，还可选择报告基因进行目的基因表达的追踪。

AAV简介

        腺相关病毒（Adeno-associated Virus，AAV）属于细小病毒科（parvoviridae），病毒颗粒无包膜，结构为直径约20 nm的正二十面体，是迄今发现的一类结构最简单且无法自主复制的线性单链DNA病毒，对分裂细胞和非分裂细胞均具有感染力。通过人工进化的方法对AAV衣壳蛋白Cap基因进行定向突变改造，可以筛选到具有高转导效率和不同感染特性的AAV载体，极大增加了AAV的应用潜力。研究中采用的重组腺相关病毒（Recombination adeno-associated virus,rAAV）载体是在非致病的野生型AAV的基础上改造的基因表达载体，具有种类多样、免疫原性低、安全性高、宿主范围广、扩散能力强、体内表达外源基因时间长等特点，已被广泛的应用在动物水平的基因表达、基因操作和基因治疗。
 

表1 靶向不同的器官及组织推荐使用对应AAV血清型、启动子及注射方式
 

        rAAV所包含的DNA一般是用外源基因表达元件替换AAV的编码基因，仅保留了病毒复制和包装所需的ITR序列。通过反式补偿Rep基因、Cap基因和辅助病毒功能因子包装产生携带外源DNA的rAAV。AAV的总包装容量是4.7 kb，目的基因长度要求不超过3.5 kb。

慢病毒简介

        慢病毒是逆转录病毒科的一个属，属于单链RNA病毒，是在人类免疫缺陷I型病毒（HIV-1）的基础上发展起来的病毒载体，能够有效感染分裂细胞和非分裂细胞，整合到宿主基因组上实现长期稳定表达。慢病毒载体的载量为6-6.5kb左右(还取决于载体本身是否有其他抗性基因或报告基因)。一般而言插入的片段如果在5kb以下产生的病毒滴度比较高，当插入的片段大于6kb的时候得到的病毒滴度往往不高。如果除去一般携带的抗性基因和报告基因，则往往只余下3kb左右的容量供目的片段的插入。我司通过载体改造去除一些不必要基因，在一些特殊情况下，可以最大插入7kb的基因片段。
 

应用

图1. 5种血清型AAV载体不同注射量基因表达效果
 

        颈静脉注射cT.nT启动表达eGFP的5种血清型AAV载体，4周后心脏冰冻切片荧光检测显示AAV9 1×1011vg病毒量时eGFP在心肌细胞表达最强。

参考文献：

Prasad KM, Xu Y, Yang Z, et al. Gene Ther. 2011.

        在MI（心肌梗死）手术前1周的开胸手术中单点心肌注射25μL过表达miR-30d慢病毒，结果显示术后三周心脏中miR-30d水平增加2倍。
 

参考文献：

Li J, Salvador AM, Li G, et al. Circ Res. 2021. 
 

基因表达调控-基因稳定过表达及敲低

        CRISPR/Cas9系统是目前被广泛运用的基因编辑系统，其原理是由CRISPR转录产生的sgRNA介导Cas9核酸酶靶向目标序列，对序列进行切割。Cas9 的核酸酶剪切活性取决于两个结构域：RuvC和HNH。当这两个结构域同时处于失活状态时，Cas9将不具有核酸酶活性，成为dCas9(dead Cas9)。CRISPR-dCas9系统即是dCas9与转录激活因子（如VP64、VPR、SAM或SunTag）或转录抑制因子（如KRAB）融合后，结合sgRNA能促进或抑制目的基因的表达。
 

图1 CRISPR-dCas9系统调控内源基因（Gilbert et al., Cell, 2013）
 

应用

        CRISPR-dCas9转录激活：可实现目的基因在内源环境中过表达、诱导iPSC、激活沉默基因、遗传缺陷补偿等;

        CRISPR-dCas9转录抑制： 可实现抑制目的基因表达、分析代谢途径、敲低特定基因转录量以研究基因功能、可与CRISPR/Cas9 Gene Knockout或RNAi 技术联合作用等。


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