利用改造的錘頭狀核酶控制AAV病毒載體中的基因表達(dá)

使用腺相關(guān)病毒（AAV）載體進(jìn)行瞬時或間歇性基因轉(zhuǎn)移所面臨的一種限制是缺乏適合臨床表達(dá)的遺傳開關(guān)。特別是，在基因轉(zhuǎn)移出現(xiàn)問題的情況下，在AAV載體中引入關(guān)閉開關(guān)可以抑制轉(zhuǎn)基因表達(dá)。當(dāng)前的方法基于蛋白開關(guān)，這就使得它們可能被免疫系統(tǒng)識別為非自身的物質(zhì)，并且它們的尺寸進(jìn)一步減小了AAV載體中已經(jīng)有限的可用空間。

在一項新的研究中，來自美國斯克里普斯研究所、中國北京大學(xué)深圳研究生院、深圳灣實驗室化學(xué)生物學(xué)研究所和哈爾濱醫(yī)科大學(xué)的研究人員提出了一種替代性方法。他們使用核酶（ribozyme）---一種較小的核糖核酸（RNA），可作為非常特殊的酶發(fā)揮作用---來控制AAV基因轉(zhuǎn)移環(huán)境中的轉(zhuǎn)基因表達(dá)。具體來說，他們對III型錘頭狀核酶（hammerhead ribozyme）進(jìn)行改造來改善它的酶活性。當(dāng)此類核酶包含在RNA鏈中時，它們會特異性地切割這種RNA鏈。當(dāng)這種切割發(fā)生在mRNA的3'非翻譯區(qū)時，它會導(dǎo)致mRNA降解并減少蛋白合成。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上，論文標(biāo)題為“A reversible RNA on-switch that controls gene expression of AAV-delivered therapeutics in vivo”。

這些研究人員利用這一有趣的特性開發(fā)出一種適用于AAV基因轉(zhuǎn)移的關(guān)閉開關(guān)。他們將原始的錘頭狀核酶進(jìn)行改造，使得與其他的核酶（開關(guān)開啟）相比，它們的改造版本在降低轉(zhuǎn)基因表達(dá)方面的活性提高了60～80倍。他們隨后開發(fā)出一種方法來干擾這種開關(guān)并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因表達(dá)（開關(guān)關(guān)閉）。他們使用了磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物（phosphorodiamidate morpholino oligomer），即一類已被批準(zhǔn)用于治療神經(jīng)肌肉疾病的寡核苷酸。在測試了不同的磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物之后，他們鑒定出一種變體能夠?qū)Ⅲw外培養(yǎng)的細(xì)胞中的基因表達(dá)提高300倍。重要的是，當(dāng)他們將這種錘頭狀核酶與這種磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物變體的組合使用進(jìn)行測試時，他們讓小鼠腓腸肌中的轉(zhuǎn)基因表達(dá)增加了10到100倍。

這項研究報道了一個重要的研究進(jìn)展，這是因為它為控制基因轉(zhuǎn)移環(huán)境中的轉(zhuǎn)基因表達(dá)提供了新的分子工具。這種方法的一個可能的局限性是當(dāng)靜脈注射時，這種磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物變體無法很好地遞送至肌肉中。不過，使用不同的嗎啉代化學(xué)物可能是一種解決此限制的潛在方法。盡管還需開展進(jìn)一步的測試，但是這種方法極大地增強了錘頭狀核酶的動態(tài)范圍，而且當(dāng)磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物聯(lián)合使用時，它們代表著一類開啟轉(zhuǎn)基因表達(dá)的獨特工具。