利用改造的錘頭狀核酶控制AAV病毒載體中的基因表達

使用腺相關病毒（AAV）載體進行瞬時或間歇性基因轉移所面臨的一種限制是缺乏適合臨床表達的遺傳開關。特別是，在基因轉移出現問題的情況下，在AAV載體中引入關閉開關可以抑制轉基因表達。當前的方法基于蛋白開關，這就使得它們可能被免疫系統識別為非自身的物質，并且它們的尺寸進一步減小了AAV載體中已經有限的可用空間。

在一項新的研究中，來自美國斯克里普斯研究所、中國北京大學深圳研究生院、深圳灣實驗室化學生物學研究所和哈爾濱醫科大學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揮作用---來控制AAV基因轉移環境中的轉基因表達。具體來說，他們對III型錘頭狀核酶（hammerhead ribozyme）進行改造來改善它的酶活性。當此類核酶包含在RNA鏈中時，它們會特異性地切割這種RNA鏈。當這種切割發生在mRNA的3'非翻譯區時，它會導致mRNA降解并減少蛋白合成。相關研究結果近期發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為“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出一種適用于AAV基因轉移的關閉開關。他們將原始的錘頭狀核酶進行改造，使得與其他的核酶（開關開啟）相比，它們的改造版本在降低轉基因表達方面的活性提高了60～80倍。他們隨后開發出一種方法來干擾這種開關并誘導轉基因表達（開關關閉）。他們使用了磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物（phosphorodiamidate morpholino oligomer），即一類已被批準用于治療神經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將體外培養的細胞中的基因表達提高300倍。重要的是，當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行測試時，他們讓小鼠腓腸肌中的轉基因表達增加了10到100倍。

這項研究報道了一個重要的研究進展，這是因為它為控制基因轉移環境中的轉基因表達提供了新的分子工具。這種方法的一個可能的局限性是當靜脈注射時，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物可能是一種解決此限制的潛在方法。盡管還需開展進一步的測試，但是這種方法極大地增強了錘頭狀核酶的動態范圍，而且當磷酸二氨基酯嗎啉代低聚物聯合使用時，它們代表著一類開啟轉基因表達的獨特工具。