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CRISPR治愈活體動物中的HIV

由于病毒能夠隱藏在潛在的水庫中,因此永久性治愈HIV感染的方法仍然遙不可及。但是現在,在5月3日發表在《分子療法》雜志上的最新研究中,坦普爾大學(LKSOM)的路易斯·卡茨醫學院和匹茲堡大學的科學家表明,它們可以從活體動物的基因組中切除HIV DNA,從而消除進一步的感染。它們是第一個在三種不同的動物模型中實現這一壯舉的動物,其中包括“人源化”模型,在該模型中,小鼠被移植了人類免疫細胞并被病毒感染。

該團隊是第一個證明可以通過一種強大的基因編輯技術CRISPR / Cas9徹底關閉HIV-1復制并從動物的感染細胞中清除病毒的技術。這項工作是由胡文輝醫學博士領導的,胡文輝目前是LKSOM代謝病研究中心和病理學系(以前是神經科學系)的副教授。卡梅爾·哈利利(Kamel Khalili)博士,勞拉·卡內爾(Laura H. Carnell)教授,神經科學系主任,神經病毒學中心主任,LKSOM綜合神經艾滋病中心主任;以及楊元彬博士。在研究期間,Young博士曾是匹茲堡大學醫學院放射學系的助理教授。Young博士最近加入了LKSOM。

這項新工作建立在該團隊于2016年發布的先前的概念驗證研究的基礎上,該研究使用了將HIV-1 DNA摻入動物體每個組織基因組中的轉基因大鼠和小鼠模型。他們證明了他們的策略可以從實驗動物的大多數組織中的基因組中刪除HIV-1的靶向片段。

胡博士說:“我們的新研究更加全面。”“我們確認了先前工作的數據,并提高了基因編輯策略的效率。我們還表明,該策略在另外兩種小鼠模型中均有效,一種代表小鼠細胞中的急性感染,另一種代表人類細胞中的慢性或潛在感染。”

在這項新研究中,研究小組對轉基因小鼠中的HIV-1進行了基因滅活,使病毒基因的RNA表達降低了約60%至95%,從而證實了他們的早期發現。然后,他們在急性感染了EcoHIV(相當于人類HIV-1的小鼠)的小鼠中測試了其系統。

Khalili博士解釋說:“在急性感染期間,HIV會積極復制。”“使用EcoHIV小鼠,我們能夠研究CRISPR / Cas9策略阻斷病毒復制并潛在地預防系統感染的能力。”他們的策略的切除效率在EcoHIV小鼠中達到96%,為HIV-1提供了第一個證據通過CRISPR / Cas9系統的預防性治療根除。

在第三個動物模型中,潛伏的HIV-1感染在植入了人類免疫細胞(包括T細胞)的人源化小鼠中進行了概括,隨后是HIV-1感染。胡博士解釋說:“這些動物在人類T細胞基因組中攜帶潛在的HIV,病毒可以逃脫檢測。”在用CRISPR / Cas9單次處理后,成功地從嵌入小鼠組織和器官的潛伏感染人類細胞中切除了病毒片段。

在所有這三種動物模型中,研究人員利用了一種基于稱為AAV-DJ / 8的亞型的重組腺相關病毒(rAAV)載體遞送系統。胡博士說:“ AAV-DJ / 8亞型結合了多種血清型,為我們的CRISPR / Cas9系統的運輸提供了更多的細胞靶標。”他們還對以前的基因編輯設備進行了重新設計,使其現在帶有一組四個指導RNA,所有這些RNA旨在從宿主細胞基因組中有效切除整合的HIV-1 DNA,并避免潛在的HIV-1突變逃逸。

為了確定該策略是否成功,研究小組測量了HIV-1 RNA的水平,并使用了新型的實時生物發光成像系統。“成像系統是由匹茲堡大學的Young博士開發的,可精確定位HIV-1感染的細胞在體內的時空位置,使我們能夠實時觀察HIV-1的復制并從本質上觀察HIV-1在潛在感染的細胞和組織中蓄積,” Khalili博士解釋說。

這項新研究標志著在尋求永久治愈艾滋病毒感染方面又邁出了重要的一步。“下一步將是在靈長類動物中重復這項研究,靈長類動物是一種更合適的動物模型,在該模型中,HIV感染會誘發疾病,以進一步證明在潛伏感染的T細胞和其他HIV-1避難所中消除了HIV-1 DNA,包括腦細胞,”哈利利博士說。“我們的最終目標是在人類患者中進行臨床試驗。”

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