Inżynieria genomu za pośrednictwem rekombinowanego AAV

Inżynieria genomu oparta na rekombinowanym wirusie związanym z adenowirusem ( rAAV ) jest platformą do edycji genomu skoncentrowaną na wykorzystaniu rekombinowanych wektorów rAAV, która umożliwia wstawianie, usuwanie lub zastępowanie sekwencji DNA w genomach żywych komórek ssaków. Technika ta opiera się na Nagrodą Nobla Mario Capecchi i Oliverze Smithies odkryciu, że rekombinacja homologiczna (HR), naturalny mechanizm naprawy DNA o wysokiej wierności, można wykorzystać do przeprowadzania precyzyjnych zmian w genomie myszy. Edycja genomu za pośrednictwem rAAV poprawia wydajność tej techniki, aby umożliwić inżynierię genomu w dowolnej wcześniej ustalonej i zróżnicowanej linii komórek ludzkich, które w przeciwieństwie do mysich komórek ES mają niskie wskaźniki HR.

Technika ta została szeroko przyjęta do stosowania w inżynierii ludzkich linii komórkowych w celu generowania izogenicznych modeli chorób ludzkich . Został również wykorzystany do optymalizacji linii komórkowych bioproducentów do bioprodukcji szczepionek białkowych i środków terapeutycznych. Ponadto, ze względu na niepatogenny charakter rAAV, okazał się on pożądanym wektorem do przeprowadzania terapii genowej u żywych pacjentów.

wektor rAAV

Schemat typowego wektora rAAV

Genom rAAV jest zbudowany z jednoniciowego kwasu dezoksyrybonukleinowego (ssDNA), wykrywanego dodatnio lub ujemnie, o długości około 4,7 kilozasad. Te jednoniciowe wektory wirusowe DNA mają wysokie transdukcji i unikalną właściwość stymulowania endogennej HR bez powodowania pęknięć dwuniciowego DNA w genomie, co jest typowe dla innych metod edycji genomu za pośrednictwem endonukleazy naprowadzającej.

Możliwości

Użytkownicy mogą zaprojektować wektor rAAV do dowolnego docelowego locus genomowego i przeprowadzić zarówno ogólne, jak i subtelne endogenne zmiany genów w typach komórek somatycznych ssaków. Obejmują one nokauty genów na potrzeby genomiki funkcjonalnej lub „knock-in” insercji znaczników białkowych w celu śledzenia zdarzeń translokacji na poziomie fizjologicznym w żywych komórkach. Co najważniejsze, rAAV celuje w pojedynczy allel na raz i nie powoduje żadnych zmian genomowych poza celem. Dzięki temu jest w stanie rutynowo i dokładnie modelować choroby genetyczne powodowane przez subtelne SNP lub mutacje punktowe, które coraz częściej stają się celem programów odkrywania nowych leków.

Aplikacje

Do tej pory wykorzystanie inżynierii genomu za pośrednictwem rAAV zostało opublikowane w ponad 2100 recenzowanych czasopismach naukowych. Innym pojawiającym się zastosowaniem edycji genomu opartej na rAAV jest terapia genowa u pacjentów, ze względu na dokładność i brak zdarzeń rekombinacji poza celem, jakie zapewnia to podejście.

Zobacz też

Źródła

Bardelli A, Parsons DW, Silliman N i in. (maj 2003). „Analiza mutacji kinomu tyrozyny w raku jelita grubego”. nauka . 300 (5621): 949. doi : 10.1126/science.1082596 . PMID 12738854 . S2CID 85934154 .
Kohli M, Rago C, Lengauer C, Kinzler KW, Vogelstein B (2004). „Łatwe metody generowania nokautów genów ludzkich komórek somatycznych przy użyciu rekombinowanych wirusów związanych z adenowirusami” . Kwasy nukleinowe Res . 32 (1): 3e–3. doi : 10.1093/nar/gnh009 . PMC 373311 . PMID 14704360 .
Wang Z, Shen D, Parsons DW i in. (maj 2004). „Analiza mutacji fosfatomu tyrozyny w raku jelita grubego”. nauka . 304 (5674): 1164–6. Bibcode : 2004Sci...304.1164W . doi : 10.1126/science.1096096 . PMID 15155950 . S2CID 2974833 .
Dhanushkodi A, Akano EO, Roguski EE, Xue Y, Rao SK, Matta SG, Rex, TS i McDonald MP (2013). „Pojedyncze wstrzyknięcie domięśniowe zmutowanej erytropoetyny, w której pośredniczy rAAV, chroni przed parkinsonizmem wywołanym przez MPTP” . Geny, mózg i zachowanie . 12 (2): 224–233. doi : 10.1111/gbb.12001 . PMC 4360975 . PMID 23190369 . {{ cite journal }} : CS1 maint: wiele nazwisk: lista autorów ( link )
Topaloglu O, Hurley PJ, Yildirim O, Civin CI, Bunz F (2005). „Ulepszone metody wytwarzania linii komórkowych z nokautem i knockinem ludzkiego genu” . Kwasy nukleinowe Res . 33 (18): e158. doi : 10.1093/nar/gni160 . PMC 1255732 . PMID 16214806 .
Moroni M, Sartore-Bianchi A, Benvenuti S, Artale S, Bardelli A, Siena S (listopad 2005). „Mutacja somatyczna domeny katalitycznej EGFR i leczenie gefitynibem w raku jelita grubego” . Ann. onkol . 16 (11): 1848–9. doi : 10.1093/annonc/mdi356 . PMID 16012179 .
Di Nicolantonio F, Bardelli A (styczeń 2006). „Mutacje kinazy w raku: szczeliny w zbroi wroga?”. Aktualna opinia Oncol . 18 (1): 69–76. doi : 10.1097/01.cco.0000198020.91724.48 . PMID 16357567 . S2CID 25857889 .
Benvenuti S, Sartore-Bianchi A, Di Nicolantonio F i in. (marzec 2007). „Onkogenna aktywacja szlaku sygnałowego RAS / RAF upośledza odpowiedź raków jelita grubego z przerzutami na terapie przeciwciałami przeciw receptorowi naskórkowego czynnika wzrostu” . Rak Res . 67 (6): 2643-8. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-06-4158 . PMID 17363584 .
Arena S, Pisacane A, Mazzone M, Comoglio PM, Bardelli A (lipiec 2007). „Kierowanie genetyczne aktywności kinazy receptora Met w komórkach nowotworowych” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 104 (27): 11412-7. Bibcode : 2007PNAS..10411412A . doi : 10.1073/pnas.0703205104 . PMC 2040912 . PMID 17595299 .
Konishi H, Karakas B, Abukhdeir AM i in. (wrzesień 2007). „Knock-in zmutowanych K-ras w nienowotworowych ludzkich komórkach nabłonkowych jako nowy model do badania transformacji, w której pośredniczy K-ras” . Rak Res . 67 (18): 8460-7. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-07-0108 . PMID 17875684 .
Arena S, Isella C, Martini M, de Marco A, Medico E, Bardelli A (wrzesień 2007). „Knock-in onkogennego Krasu nie przekształca mysich komórek somatycznych, ale wyzwala odpowiedź transkrypcyjną, która klasyfikuje ludzkie nowotwory” . Rak Res . 67 (18): 8468–76. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-07-1126 . PMID 17875685 .
Grim JE, Gustafson MP, Hirata RK i in. (czerwiec 2008). „Degradacja substratu zależna od izoformy i cyklu komórkowego przez ligazę ubikwitynową Fbw7” . J. Cell Biol . 181 (6): 913–20. doi : 10.1083/jcb.200802076 . PMC 2426948 . PMID 18559665 .
Fattah FJ, Lichter NF, Fattah KR, Oh S, Hendrickson EA (czerwiec 2008). „Ku70, niezbędny gen, moduluje częstotliwość kierowania genów za pośrednictwem rAAV w ludzkich komórkach somatycznych” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 105 (25): 8703-8. Bibcode : 2008PNAS..105.8703F . doi : 10.1073/pnas.0712060105 . PMC 2438404 . PMID 18562296 .
Di Nicolantonio F, Martini M, Molinari F i in. (grudzień 2008). „Dziki typ BRAF jest wymagany do odpowiedzi na panitumumab lub cetuksymab w przerzutowym raku jelita grubego” . J. Clin. onkol . 26 (35): 5705–12. doi : 10.1200/JCO.2008.18.0786 . hdl : 2434/349662 . PMID 19001320 .
Di Nicolantonio F, Arena S, Gallicchio M i in. (grudzień 2008). „Zastąpienie normalnych zmutowanymi allelami w genomie normalnych komórek ludzkich ujawnia odpowiedzi na leki specyficzne dla mutacji” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 105 (52): 20864–9. Bibcode : 2008PNAS..10520864D . doi : 10.1073/pnas.0808757105 . PMC 2634925 . PMID 19106301 .
Gustin JP, Karakas B, Weiss MB i in. (luty 2009). „Knockin mutanta PIK3CA aktywuje wiele szlaków onkogennych” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 106 (8): 2835–40. Bibcode : 2009PNAS..106.2835G . doi : 10.1073/pnas.0813351106 . PMC 2636736 . PMID 19196980 .
Sartore-Bianchi A, Martini M, Molinari F i in. (marzec 2009). „Mutacje PIK3CA w raku jelita grubego są związane z opornością kliniczną na przeciwciała monoklonalne ukierunkowane na EGFR” . Rak Res . 69 (5): 1851–7. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-08-2466 . PMID 19223544 .
Sur S, Pagliarini R, Bunz F i in. (marzec 2009). „Panel izogenicznych ludzkich komórek rakowych sugeruje podejście terapeutyczne dla nowotworów z inaktywowanym p53” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 106 (10): 3964–9. Bibcode : 2009PNAS..106.3964S . doi : 10.1073/pnas.0813333106 . PMC 2656188 . PMID 19225112 .
Yun J, Rago C, Cheong I i in. (wrzesień 2009). „Niedobór glukozy przyczynia się do rozwoju mutacji szlaku KRAS w komórkach nowotworowych” . nauka . 325 (5947): 1555–9. Bibcode : 2009Sci...325.1555Y . doi : 10.1126/science.1174229 . PMC 2820374 . PMID 19661383 .
Sartore-Bianchi A, Di Nicolantonio F, Nichelatti M, et al. (2009). „Wieloczynnikowa analiza zmian molekularnych w celu przewidywania korzyści klinicznych dla przeciwciał monoklonalnych ukierunkowanych na EGFR w raku jelita grubego” . PLOS JEDEN . 4 (10): e7287. Bibcode : 2009PLoSO...4.7287S . doi : 10.1371/journal.pone.0007287 . PMC 2750753 . PMID 19806185 .
Endogenna ekspresja onkogennej mutacji PI3K prowadzi do aktywowanej sygnalizacji PI3K i inwazyjnego plakatu fenotypowego zaprezentowanego na AACR/EORTC Molecular Targets and Cancer Therapeutics, Boston, USA, listopad 2009
Bardelli A, Siena S (marzec 2010). „Mechanizmy molekularne oporności na cetuksymab i panitumumab w raku jelita grubego” . J. Clin. onkol . 28 (7): 1254–61. doi : 10.1200/JCO.2009.24.6116 . PMID 20100961 .
Fattah F, Lee EH, Weisensel N, Wang Y, Lichter N, Hendrickson EA (luty 2010). „Ku reguluje wybór szlaku łączenia niehomologicznych końców naprawy pęknięć dwuniciowych DNA w ludzkich komórkach somatycznych” . PLOS Genet . 6 (2): e1000855. doi : 10.1371/journal.pgen.1000855 . PMC 2829059 . Identyfikator PMID 20195511 .
Buron N, Porceddu M, Brabant M i in. (2010). „Wykorzystanie mitochondriów linii ludzkich komórek nowotworowych do badania mechanizmów peptydów BH3 i przepuszczalności błony mitochondrialnej indukowanej przez ABT-737” . PLOS JEDEN . 5 (3): e9924. Bibcode : 2010PLoSO...5.9924B . doi : 10.1371/journal.pone.0009924 . PMC 2847598 . PMID 20360986 .
Endogenna ekspresja onkogennej mutacji PI3K prowadzi do akumulacji białek antyapoptotycznych w mitochondriach Plakat zaprezentowany na AACR 2010, Waszyngton, DC, USA, kwiecień. 2010
Wykorzystanie izogenicznych linii komórkowych „X-MAN” do określenia profili aktywności inhibitora kinazy PI3 Plakat zaprezentowany na AACR 2010, Waszyngton, DC, USA, kwiecień. 2010
Zastosowanie mutanta PI3CA „X-MAN” zwiększa ekspresję poszczególnych izoform tubuliny i promuje oporność na antymitotyczne leki stosowane w chemioterapii Plakat zaprezentowany na konferencji AACR 2010 w Waszyngtonie, USA, kwiecień. 2010
Di Nicolantonio F, Arena S, Tabernero J, et al. (sierpień 2010). „Deregulacja szlaków sygnałowych PI3K i KRAS w ludzkich komórkach nowotworowych determinuje ich odpowiedź na ewerolimus” . J. Clin. Zainwestuj . 120 (8): 2858–66. doi : 10.1172/JCI37539 . PMC 2912177 . PMID 20664172 .
Kim YG, Cha J, Chandrasegaran S (luty 1996). „Hybrydowe enzymy restrykcyjne: fuzje palca cynkowego z domeną cięcia Fok I” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 93 (3): 1156–60. Bibcode : 1996PNAS...93.1156K . doi : 10.1073/pnas.93.3.1156 . PMC40048 . _ PMID 8577732 .
Bitinaite J, Wah DA, Aggarwal AK, Schildkraut I (wrzesień 1998). „Dimeryzacja FokI jest wymagana do cięcia DNA” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 95 (18): 10570-5. Bibcode : 1998PNAS...9510570B . doi : 10.1073/pnas.95.18.10570 . PMC27935 . _ PMID 9724744 .
Cathomen T, Joung JK (lipiec 2008). „nukleazy palca cynkowego: pojawia się następna generacja” . Mol. Tam . 16 (7): 1200–7. doi : 10.1038/mt.2008.114 . PMID 18545224 .
Pabo CO, Peisach E, Grant RA (2001). „Projektowanie i wybór nowych białek palca cynkowego Cys2His2”. rok Wielebny Biochem . 70 : 313–40. doi : 10.1146/annurev.biochem.70.1.313 . PMID 11395410 .
Ramirez CL, Foley JE, Wright DA i in. (maj 2008). „Nieoczekiwane wskaźniki awaryjności w przypadku modułowego montażu zaprojektowanych palców cynkowych” . Nat. Metody . 5 (5): 374–5. doi : 10.1038/nmeth0508-374 . PMC 7880305 . PMID 18446154 .
Maeder ML, Thibodeau-Beganny S, Osiak A i in. (lipiec 2008). „Szybka inżynieria„ open source ”niestandardowych nukleaz palca cynkowego w celu wysoce wydajnej modyfikacji genów” . Mol. komórka . 31 (2): 294–301. doi : 10.1016/j.molcel.2008.06.016 . PMC 2535758 . PMID 18657511 .
Ochiai H, Fujita K, Suzuki K i in. (sierpień 2010). „Ukierunkowana mutageneza w zarodku jeżowca przy użyciu nukleaz palca cynkowego” (PDF) . Komórki genów . 15 (8): 875–85. doi : 10.1111/j.1365-2443.2010.01425.x . PMID 20604805 .
Shukla VK, Doyon Y, Miller JC i in. (maj 2009). „Precyzyjna modyfikacja genomu gatunku roślin uprawnych Zea mays przy użyciu nukleaz palca cynkowego”. Natura . 459 (7245): 437–41. Bibcode : 2009Natur.459..437S . doi : 10.1038/natura07992 . PMID 19404259 . S2CID 4323298 .
Ekker SC (2008). „Uderzenia nokautowe na bazie palca cynkowego dla genów danio pręgowanego” . Danio pręgowany . 5 (2): 121–3. doi : 10.1089/zeb.2008.9988 . PMC 2849655 . PMID 18554175 .
Carroll D (listopad 2008). „Postęp i perspektywy: nukleazy palca cynkowego jako czynniki terapii genowej” . Gen Ter . 15 (22): 1463–8. doi : 10.1038/gt.2008.145 . PMC 2747807 . PMID 18784746 .
Geurts AM, Cost GJ, Freyvert Y i in. (lipiec 2009). „Szczury z nokautem poprzez mikroiniekcję zarodka nukleaz palca cynkowego” . nauka . 325 (5939): 433. Bibcode : 2009Sci...325..433G . doi : 10.1126/science.1172447 . PMC 2831805 . PMID 19628861 .
Durai S, Mani M, Kandavelou K, Wu J, Porteus MH, Chandrasegaran S (2005). „Nukleazy palca cynkowego: specjalnie zaprojektowane nożyczki molekularne do inżynierii genomu komórek roślinnych i ssaków” . Kwasy nukleinowe Res . 33 (18): 5978–90. doi : 10.1093/nar/gki912 . PMC 1270952 . PMID 16251401 .
Lee HJ, Kim E, Kim JS (styczeń 2010). „Ukierunkowane delecje chromosomalne w komórkach ludzkich przy użyciu nukleaz palca cynkowego” . Genom Res . 20 (1): 81–9. doi : 10.1101/gr.099747.109 . PMC 2798833 . PMID 19952142 .
Kandavelou K, Chandrasegaran S (2008). „Plazmidy do terapii genowej”. W Lipps, Georg (red.). Plazmidy: aktualne badania i przyszłe trendy . Caister Akademicka Prasa. ISBN 978-1-904455-35-6 .
Gupta A, Meng X, Zhu LJ, Lawson ND, Wolfe SA (styczeń 2011). „Zależny i niezależny od białka palca cynkowego udział w pozacelowej aktywności nukleaz palca cynkowego in vivo” . Kwasy nukleinowe Res . 39 (1): 381–92. doi : 10.1093/nar/gkq787 . PMC 3017618 . Identyfikator PMID 20843781 .
Grizot S, Smith J, Daboussi F i in. (wrzesień 2009). „Skuteczne kierowanie genu SCID przez skonstruowaną jednołańcuchową endonukleazę naprowadzającą” . Kwasy nukleinowe Res . 37 (16): 5405–19. doi : 10.1093/nar/gkp548 . PMC 2760784 . PMID 19584299 .
Gao H, Smith J, Yang M i in. (styczeń 2010). „Dziedziczna ukierunkowana mutageneza kukurydzy przy użyciu zaprojektowanej endonukleazy” . Zakład J. 61 (1): 176–87. doi : 10.1111/j.1365-313X.2009.04041.x . PMID 19811621 .
Christian M, Cermak T, Doyle EL i in. (październik 2010). „Celowanie w dwuniciowe pęknięcia DNA za pomocą nukleaz efektorowych TAL” . Genetyka . 186 (2): 757–61. doi : 10.1534/genetyka.110.120717 . PMC 2942870 . PMID 20660643 .
Li T, Huang S, Jiang WZ i in. (styczeń 2011). „Nukleazy TAL (TALN): białka hybrydowe złożone z efektorów TAL i domeny rozszczepiającej DNA FokI” . Kwasy nukleinowe Res . 39 (1): 359–72. doi : 10.1093/nar/gkq704 . PMC 3017587 . PMID 20699274 .
Moskwa MJ, Bogdanove AJ (grudzień 2009). „Prosty szyfr rządzi rozpoznawaniem DNA przez efektory TAL”. nauka . 326 (5959): 1501. Bibcode : 2009Sci...326.1501M . doi : 10.1126/science.1178817 . PMID 19933106 . S2CID 6648530 .
Boch J, Scholze H, Schornack S i in. (grudzień 2009). „Łamanie kodu specyficzności wiązania DNA efektorów TAL typu III”. nauka . 326 (5959): 1509–12. Bibcode : 2009Sci...326.1509B . doi : 10.1126/science.1178811 . PMID 19933107 . S2CID 206522347 .
Stoddard BL (2005). „Struktura i funkcja endonukleazy naprowadzającej”. Kwartalne recenzje biofizyki . 38 (1): 49–95. doi : 10.1017/S0033583505004063 . PMID 16336743 . S2CID 27841011 .
Seligman LM, Chisholm KM, Chevalier BS i in. (wrzesień 2002). „Mutacje zmieniające specyficzność cięcia endonukleazy naprowadzającej” . Kwasy nukleinowe Res . 30 (17): 3870–9. doi : 10.1093/nar/gkf495 . PMC 137417 . PMID 12202772 .
Sussman D, Chadsey M, Fauce S i in. (wrzesień 2004). „Izolacja i charakterystyka nowych specyficzności endonukleazy naprowadzającej w poszczególnych pozycjach miejsca docelowego”. J. Mol. Biol . 342 (1): 31–41. doi : 10.1016/j.jmb.2004.07.031 . PMID 15313605 .
Rosen LE, Morrison HA, Masri S i in. (2006). „Pochodne endonukleazy naprowadzającej I-CreI o nowej specyficzności docelowej DNA” . Kwasy nukleinowe Res . 34 (17): 4791–800. doi : 10.1093/nar/gkl645 . PMC 1635285 . PMID 16971456 .
Arnould S, Chames P, Perez C i in. (styczeń 2006). „Inżynieria dużej liczby wysoce specyficznych endonukleaz naprowadzających, które indukują rekombinację nowych celów DNA”. J. Mol. Biol . 355 (3): 443–58. doi : 10.1016/j.jmb.2005.10.065 . PMID 16310802 .
Smith J, Grizot S, Arnould S i in. (2006). „Kombinatoryczne podejście do tworzenia sztucznych endonukleaz naprowadzających rozszczepiających wybrane sekwencje” . Kwasy nukleinowe Res . 34 (22): e149. doi : 10.1093/nar/gkl720 . PMC 1702487 . PMID 17130168 .
Chevalier BS, Kortemme T, Chadsey MS, Baker D, Monnat RJ, Stoddard BL (październik 2002). „Projekt, aktywność i struktura wysoce specyficznej sztucznej endonukleazy” . Mol. komórka . 10 (4): 895–905. doi : 10.1016/S1097-2765(02)00690-1 . PMID 12419232 .
Grizot S, Epinat JC, Thomas S i in. (kwiecień 2010). „Generowanie przeprojektowanych endonukleaz zasiedlających zawierających domeny wiążące DNA pochodzące z dwóch różnych rusztowań” . Kwasy nukleinowe Res . 38 (6): 2006–18. doi : 10.1093/nar/gkp1171 . PMC 2847234 . PMID 20026587 .