基于促融性病毒糖蛋白VSV-G和红细胞血影的新型DNA递送技术研究

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背景:无论是对遗传性缺陷还是获得性疾病,基因治疗法都具有极大的吸引力。然而,缺乏安全、有效的基因递送系统严重限制了基因疗法在临床上的应用。红细胞血影由于其优越的生物相容性而被广泛应用于药物投递,但大分子DNA的包被问题仍是一项艰巨挑战。口炎病毒糖蛋白VSV-G在内含体酸性条件下促进膜融合,从而将病毒基因组释放到宿主细胞的胞浆。  目的:本研究的目的是利用红细胞血影生物相容性和VSV-G糖蛋白的促融性,组装成一种新型的病毒体DNA递送系统。另外,为实现规模化生产此病毒体递送系统,本研究还尝试利用毕赤酵母表达和制备病毒糖蛋白VSV-G。  方法:收集表达VSV-G基因的AD293细胞条件培养液(CM),低渗裂解法制备红细胞血影(EG),酸性条件下静置孵育促使VSV-G整合到EG表面,包被浓缩的DNA从而获得病毒体,然后用Western印迹、荧光免疫染色、扫描电镜检测等技术进行表征,通过流式细胞术和荧光素酶活性分析,评估病毒体在不同动物细胞中的转染效率,最后利用共聚焦显微技术分析EG的内吞情况。将 VSV-G基因片段插入 pPIC3.5K毕赤酵母表达质粒,线性化后电转化KM71毕赤酵母菌株,在组氨酸缺乏的 MD平板和 G418筛选含高拷贝 VSV-G基因的酵母克隆KM71/VSV-G,通过1%甲醇诱导发酵,制备含VSV-G蛋白的酵母裂解上清。以PCR及Western印迹检测VSV-G基因及蛋白水平,利用荧光免疫染色、蛋白质转移实验、和DNA转染实验检测VSV-G蛋白的生物活性。  结果:48小时的CM较24小时的CM含有更多VSV-G蛋白。孵育后VSV-G蛋白以颗粒形式结合在EG表面,DNA/PEI复合物形成100-300nm颗粒,其中约60%的复合物结合在 EG表面,未能进入 EG内部。添加 EG后,pGL3-control荧光素酶表达质粒在AD293细胞的表达活性提高2倍,添加CM则提高6倍,而添加EG与CM则提高约7倍。添加在酸性条件下制备的EG/VSV-G,发现荧光素酶的活性可在原基础上再提高约4倍。用红色荧光蛋白表达载体pCMV-DsRed转染AD293细胞, DsRed阳性细胞的比例在EG/VSV-G存在时从55%提高至80%,荧光强度也有显著加强。用 pCMV-DsRed转染通常条件下难以转染的动物细胞,包括3T3细胞、小鼠骨髓间充质干细胞(BMSC)、HeLa细胞和胰岛Beta细胞INS-1,添加EG/VSV-G可将转染效率提高2-3倍。将EG用携带绿色荧光的葡聚糖标记,孵育10h已观测到EG内吞,20h则有大量的EG被内吞。  本研究筛选到3株表达VSV-G的酵母细胞株KM71-VSV-G,在无甲醇存在情况下细胞生长与对照无差别,而在甲醇诱导下,三株细胞的生长速度受到显著抑制,表明VSV-G的表达可能具有一定的细胞毒性。大部分VSV-G蛋白分布在细胞膜上,且甲醇诱导96h后VSV-G蛋白产量最高,少量VSV-G蛋白可在酵母原生质体的CM中检测到。将KM71-VSV-G裂解液添加至AD293细胞,3h后发现VSV-G已整合到AD293细胞,并导致部分细胞融合。将AD293细胞分别转染DNA重组酶表达质粒pCAG-CreER和报告质粒pCMV-DsRed/loxP2-EGFP,然后将两种细胞以1:1比例混合培养,结果发现,只有添加VSV-G裂解液和他莫昔芬才可诱导细胞表达绿色荧光蛋白。用 pGL3-control转染 AD293细胞和HeLa细胞,添加VSV-G裂解液后荧光素酶活性提高3倍左右。用pCMV-DsRed质粒转染细胞,添加VSV-G裂解液可将DsRed阳性的AD293细胞比例从57%提高到65%,而阳性HeLa细胞的比例从5%提高到12%。  结论:本研究成功组装了一种基于红细胞血影和口炎病毒糖蛋白VSV-G的病毒体,该病毒体具有较低的细胞毒性和较高的基因投递能力。本研究还构建了VSV-G基因的毕赤酵母表达系统,所产VSV-G蛋白具有良好的生物活性。
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