腺病毒表达系统PPT

1、质粒型表达载体质粒型表达载体病毒型表达载体病毒型表达载体真核生物细胞常用的表达载体真核生物细胞常用的表达载体 腺病毒表达载体腺病毒表达载体 逆转录病毒表达载体逆转录病毒表达载体 昆虫杆状病毒表达载体昆虫杆状病毒表达载体病毒表达系统的特点病毒表达系统的特点n高转染效率高转染效率n高蛋白表达水平高蛋白表达水平n对转染效率很低的细胞进行高效转染对转染效率很低的细胞进行高效转染 ( (原原代细胞等代细胞等) )n稳定稳定, ,可遗传的表达可遗传的表达 ( (逆转录病毒逆转录病毒) )n可控制拷贝数可控制拷贝数如何选择合适的病毒表达载体？如何选择合适的病毒表达载体？ 可适用的宿主细胞类型可适用的宿主细胞

2、类型 选择标记选择标记 插入片段的大小插入片段的大小 调控元件调控元件 报告基因报告基因病毒表达载体的用途病毒表达载体的用途基因治疗基因治疗1990年French等把腺嘌呤脱氨酶基因导入到一名4岁小女孩的T淋巴细胞中治疗了腺嘌呤脱氨酶基因缺失病,开创了人类利用人体基因治疗疾病的先例。1992年复旦大学薛京伦等首次把人凝血因子基因成功用于治疗血友病。2005年第一个批准上市的基因治疗制品Adv-P53在中国上市。病毒载体疫苗病毒载体疫苗重组腺病毒的作用重组腺病毒的作用 n在哺乳动物细胞中，AdV已被成功应用于表达各种病毒和细胞的基因，腺病毒表达载体系统表达出蛋白的生物化学特性，可用于商业价值的开

3、发，它可用来生产亚单位疫苗，和新型诊断试剂盒的开发。nAdV可以通过转染细胞来表达蛋白，除基因治疗的相关实验外还可用做体内特性研究。 被注射Ad5.CMV-LacZ的大鼠脊髓 纯化腺病毒的电子显微照片 被注射Ad5.CMV-GFP的大鼠纹状体的切片 用AdV转染基因的优点n 速度快，简单，不需要任何特殊的装备。n 相对其它方法，它非常容易被接受。事实上，这种感染后细胞生存率几乎为100%。因此，AdV有向细胞内转染遗传物质而忽视毒性作用的能力。n 许多细胞类型均可被转染。n 感染后的数小时，基因表达便可被分析。n 刺激后，可有一种以上的基因被同时表达。腺病毒颗粒比较稳定,病毒基因组较少发生重排

4、。插入外源基因的病毒基因组在连续传代中一般保持不变。腺病毒基因组较易操作。制备大量的腺病毒较为容易。可感染分裂细胞和非分裂细胞。rAds可转导肺细胞、肝细胞、骨细胞、血管、肌肉、脑、中枢神经系统等。重组腺病毒表达系统重组腺病毒表达系统n 通过对本体蛋白的同样的翻译后的修饰，在细胞中表达真核蛋白。n 一系列腺病毒转换因素允许产生高水平的异种蛋白。重组蛋白代表了整个细胞蛋白的最丰富的多肽（20%-30%）。n 在较好的条件下，表达系统在数升的293细胞悬浮培养液中可以按比例地增加，产量可达90mg/L。 腺病毒表达系统腺病毒表达系统腺病毒属于无包膜病毒,外壳由240个六邻体和12个五邻体构成二十面

5、体结构,内部有约36kb的线性双链基因组,属于DNA病毒。外壳的五邻体分别位于二十面体结构的顶角、均有一个纤突蛋白(fiber)突起与其相连,腺病毒的组织亲合性与纤维蛋白头部密切相关。 腺病毒的特性腺病毒的特性 腺病毒基因组编码数十个腺病毒的结构和功能蛋白腺病毒基因组编码数十个腺病毒的结构和功能蛋白,分为早分为早期表达和晚期表达。期表达和晚期表达。早期表达的蛋白是功能蛋白、晚期表达的有早期表达的蛋白是功能蛋白、晚期表达的有功能蛋白和结构蛋白功能蛋白和结构蛋白,并且早期的功能蛋白调控晚期蛋白的表达。并且早期的功能蛋白调控晚期蛋白的表达。早期表达的早期表达的1区蛋白区蛋白(甚至包括甚至包括2区蛋白

6、区蛋白)是腺病毒基因组复制、是腺病毒基因组复制、病毒包装和其他蛋白表达翻译所必需的病毒包装和其他蛋白表达翻译所必需的,但其对细胞的毒性也是但其对细胞的毒性也是很强的。很强的。E2E2蛋白涉及蛋白涉及AdDNAAdDNA复制复制, E3, E3蛋白对抗宿主的抗病毒防御蛋白对抗宿主的抗病毒防御系统系统, , E4E4调节有效的晚期基因转录调节有效的晚期基因转录。腺病毒的基因及其功能腺病毒的基因及其功能腺病毒感染细胞的第一步是通过纤突蛋白与细胞表面腺病毒感染细胞的第一步是通过纤突蛋白与细胞表面柯萨奇柯萨奇病毒和腺病毒受体病毒和腺病毒受体( (CARCAR) )结合。腺病毒粘附后结合。腺病毒粘附后,

7、,五邻体蛋白上五邻体蛋白上的精氨酸的精氨酸- -谷氨酸谷氨酸- -天门冬氨酸（天门冬氨酸（) )与细胞表面的整合与细胞表面的整合素素33和和55结合并相互作用使病毒进入细胞。结合并相互作用使病毒进入细胞。 病毒的受体与入侵细胞的过程病毒的受体与入侵细胞的过程第一代腺病毒载体中第一代腺病毒载体中, ,1 1、3 3基因表达盒已经去除了基因表达盒已经去除了, ,这这样可以插入长约样可以插入长约8kb8kb的外源的外源DNADNA。去除去除1 1区还有一个优势区还有一个优势, ,就是阻止了依赖就是阻止了依赖1 1区和区和2 2区功区功能蛋白的转录和随后病毒能蛋白的转录和随后病毒DNADNA的复制及病

8、毒外壳蛋白的产生。的复制及病毒外壳蛋白的产生。1 1区缺失的腺病毒可以在能够反式提供区缺失的腺病毒可以在能够反式提供1 1区基因蛋白的区基因蛋白的293293细胞中得到增殖。细胞中得到增殖。 第一代腺病毒载体第一代腺病毒载体腺病毒基因组结构与载体改造腺病毒基因组结构与载体改造nHEK 293 cells have been engineered to include Adenovirus HEK 293 cells have been engineered to include Adenovirus E1a/E1b genesE1a/E1b genesnE1a/E1b genes (integ

9、rated into 293 genome) allow E1a/E1b genes (integrated into 293 genome) allow replication and transcription of Adenovirusreplication and transcription of Adenovirus构建重组腺病毒构建重组腺病毒 构建重组腺病毒的传统方法是以同源重组为基础的。n其一用修饰的腺病毒DNA与穿梭载体在HEK 293细胞中进行同源重组；n通过Cre-loxP系统构建重组腺病毒载体，在转移质粒和包装质粒中都插入loxP位点，然后将两个质粒共转染表达Cre重组酶

10、的哺乳动物细胞，通过Cre介导两个loxP位点之间的DNA发生重组，可获得重组腺病毒，这种重组效率比一般的细胞内同源效率高30倍。 n更为流行的方法采用了穿梭载体与腺病毒质粒转化一种特殊的菌株(BJ 5183)。然后从细菌中收集重组腺病毒，用其感染HEK 293细胞。Adeno-X Expression SystemAdeno-X Expression System 同源重组体外连接法Viral DNAPlasmid-based 制备穿梭载体和腺病毒载体7-14天7-14天2-3天目的基因从穿梭载体克隆到腺病毒载体-0-15天4天获得重组腺病毒14-21天17-22天4-7天噬斑纯化5-10天

11、0-5天-总计26-45天24-56天10-17天构建重组腺病毒不同方法比较构建重组腺病毒不同方法比较 S S p p e e c c i ie e s sR R e e f fe e r r e e n n c c e eC h ic k e nF ish e r & W a ta n a b le , 1 9 9 6D o gF a n g e t a l., 1 9 9 6M o n k e yB o u t e t a l., 1 9 9 4M o u s eL e e e t a l., 1 9 9 6 ; S tr a tfo rd -P e r r ic a u d e

12、t e t a l., 1 9 9 0P igF re n c h e t a l., 1 9 9 4R a b b itD o n a h u e , e t a l., 1 9 9 8 ; R iew e t a l., 1 9 9 8R a tM a str a n g e il e t a l., 1 9 9 3S h e e pH o iz in g e r e t a l., 1 9 9 5Ad5腺病毒可感染的寄主腺病毒可感染的寄主人体各类组织的细胞，除造血细胞外人体各类组织的细胞，除造血细胞外多种哺乳动物细胞：多种哺乳动物细胞：Plate 293 cells 5x105/well

13、Infect cells w/ virus dilutionsHexon proteinsexpressedFixAdd primaryanti-hexon AbAdd HRP conj.secondaryDevelopCountAdeno-XTM Rapid Titration Kit 简单的免疫染色方法简单的免疫染色方法 整个过程只需整个过程只需4848小时小时. . 而传统繁琐的方法需要而传统繁琐的方法需要2 2个星期个星期才能完成才能完成 对所有重组的对所有重组的Ad5Ad5病毒能实现准确而快速的滴度测定病毒能实现准确而快速的滴度测定Adeno-XTM Rapid Titration

14、Kit 的特点的特点Adeno-XTM Rapid Adenoviral purification System第二代腺病毒载体是病毒基因组的E2A区缺失,并突变或缺失E4区基因。这种载体装载容量有所增加(可达11kb) ,细胞毒性和免疫原性有所减弱,而目的基因的表达时间更长。第二代腺病毒载体第二代腺病毒载体一种研究方向：改造腺病毒囊膜表面五邻体纤维蛋白的结构。根据Adv5纤突蛋白结节区的结构特征,去除病毒与受体(CAR,柯萨奇2腺病毒受体)的亲和性,经特异性细胞结合分子模拟腺病毒纤突衣壳蛋白,使载体选择性靶向相应细胞,减少载体的非特异性感染及免疫反应。提高腺病毒载体的靶向特异性提高腺病毒载体

15、的靶向特异性另一种改造策略：改造腺病毒的基因结构,置换上针对癌细胞的特异型启动子。如装上AFP启动子,使载体特异性感染肝癌细胞。提高腺病毒载体的靶向特异性提高腺病毒载体的靶向特异性 宿主的免疫反应仍然是获得转基因长期表达和重复使用腺病毒载体的主要障碍。大量研究已证实,具有感染性的腺病毒载体本身就足以引起免疫反应。 更为“复杂”的腺病毒载体就是第三代腺病毒载体,在其构建时去除了某些病毒基因,甚至是去除了全部的病毒基因。所谓的“空壳”载体起先只保留了和包装信号,且在产生中需要辅助病毒和合适的互补包装细胞,更需要进一步的纯化。 第三代腺病毒载体第三代腺病毒载体第三代新型重组腺病毒载体删除病毒基因中所

16、有开放阅读框,仅含有必要的顺式元件(即ITR和邻近的包装信号序列) ,需要在辅助病毒存在情况下,在包装细胞中繁殖,其安全性很高。第三代腺病毒载体不但可容纳较大的外源基因(32kb) ,而且较容易获得高滴度( 109pfu /ml) 。第三代新型重组腺病毒载体第三代新型重组腺病毒载体腺病毒在寄主细胞中呈游离腺病毒在寄主细胞中呈游离态，基因瞬时表达态，基因瞬时表达可侵染处于分裂期或非分裂可侵染处于分裂期或非分裂期的寄主细胞期的寄主细胞高水平的蛋白质表达高水平的蛋白质表达双载体系统的操作双载体系统的操作病毒的效价可达病毒的效价可达 1012 pfu/ml平均可插入平均可插入8kb的外源片段的外源片段

17、长期、稳定的基因表达，可长期、稳定的基因表达，可以遗传以遗传只能侵染分裂期的寄主细胞只能侵染分裂期的寄主细胞中度的蛋白表达水平中度的蛋白表达水平单一载体操作单一载体操作病毒效价达病毒效价达 106 pfu/ml平均可插入平均可插入6.5kb的外源片段的外源片段腺病毒表达系统腺病毒表达系统 逆转录病毒表达系统逆转录病毒表达系统 Adeno-XAdeno-X VS Retrovirus Expression System VS Retrovirus Expression SystemRetroviral Expression System逆转录病毒表达系统逆转录病毒表达系统 EnvEnv、polp

18、ol、gaggag为为RNARNA病病毒中控制复制和表达外毒中控制复制和表达外膜蛋白的基因。膜蛋白的基因。 重新构建的反转录病毒重新构建的反转录病毒载体将去除载体将去除gaggag、polpol、envenv基因，并将它们整基因，并将它们整合到包装细胞株的基因合到包装细胞株的基因组中。组中。 + +是是RNARNA病毒包装时的病毒包装时的识别序列，保留在反转识别序列，保留在反转录病毒载体中。录病毒载体中。逆转录病毒载体的构建和改造逆转录病毒载体的构建和改造逆转录病毒的逆转录病毒的包装过程包装过程Retro-X Retroviral Expression VectorsLRCX Retrovir

19、al Expression VectorsMSCV Retroviral Expression System小鼠干细胞病毒表达载体小鼠干细胞病毒表达载体造血细胞造血细胞胚胎干细胞胚胎干细胞胚胎性癌细胞胚胎性癌细胞Pantropic Retroviral Expression System宿主范围广宿主范围广泛嗜性逆转录病毒泛嗜性逆转录病毒表达系统表达系统为什么泛嗜性逆转录病毒的宿主范围如此广？为什么泛嗜性逆转录病毒的宿主范围如此广？n外膜蛋白识别宿主细胞表面的受体外膜蛋白识别宿主细胞表面的受体nVSV-GVSV-G外膜蛋白不需识别宿主细胞表面的受体外膜蛋白不需识别宿主细胞表面的受体nPackage cell line GP2-293Package cell line GP2-293整合有整合有gag-polgag-pol 基基因因npVSV-G pVSV-G 载体与载体与pLXRN pLXRN 载体共转化载体共转化Pantropic Retroviral Expression SystemPackage Cell Line GP-293 pLXRNpLXRN pVSV-GpVSV-GPantropic Retroviral Expression Vector泛嗜性逆转录病毒载体泛嗜性逆转录病毒载体带带GFP报告基因的