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科学家首次成功根除人类细胞中的HIV-1

作者:admin 发表于:2014-07-24 点击:860  保护视力色:
HIV-1的病毒已被证明是顽强的,并且其基因组永久地插入受害者的DNA中,迫使患者需要终生服药来控制病毒以及防止新的攻击。现在,坦普尔大学医学院的一个研究组已经设计出一种切割整合的HIV-1基因的方法。


科学探索

 
PNAS:科学家首次成功根除人类细胞中的HIV-1
 

HIV-1病毒。图片来源:?·罗伯托·特鲁希略/维基百科

 

  HIV-1的病毒已被证明是顽强的,并且其基因组永久地插入受害者的DNA中,迫使患者需要终生服药来控制病毒以及防止新的攻击。现在,坦普尔大学医学院的一个研究组已经设计出一种切割整合的HIV-1基因的方法。相关文章发表于2014年7月21日的《PNAS》杂志上。

  “这是迈向永久治愈艾滋病道路上的重要一步,” 坦普尔大学医学院神经科学系的教授兼主任卡迈勒·哈利利博士说。哈利利和他的同事,坦普尔大学医学院神经科学系的副教授胡文慧博士,共同领导这个标志性的工作,首次成功的在人类细胞中消除潜在的HIV-1病毒。“这是令人振奋的发现,但它尚未做好进入临床的准备。这个概念证明,我们正朝着正确的方向前进,” 哈利利博士补充说,他同时也是坦普尔大学神经病毒学系和NeuroAIDS综合中心的主任。

  在这项研究中,哈利利和他的同事探讨如何创建删除HIV-1前病毒DNA的分子工具。在部署时,称为核酸酶的DNA剪切酶和靶向RNA链的引导RNA(gRNA)的一个组合,追捕病毒基因组和切除HIV-1DNA。然后,细胞的基因修复机制接管,将断开的基因组焊接回来——导致无病毒细胞。

  “由于HIV-1永远不会被免疫系统清除,但病毒的清除对于疾病的治愈是必要的,”哈利利说,他的研究主要集中在病毒感染的神经病发病机制。他说,理论上,同样的技术也可被用来对付各种病毒。

  研究表明,这些分子工具也有希望作为治疗性疫苗;携带核酸酶RNA的细胞组合被证明不受HIV感染。

  根据美国疾病控制和预防,在当今世界上,超过3,300万人感染HIV,包括美国的100多万人。每年,另有50,000美国人感染病毒。

  在发达世界的过去15年里,虽然高效抗逆转录病毒疗法(HAART)已经控制感染者的HIV-1,然而该病毒依然可以在任何处理中断之后再次肆虐。即使HAART能够很好地控制HIV-1的复制,但挥之不去的HIV-1仍然对健康有影响。“HIV-1的低水平复制,更容易使患者遭受与衰老相关的疾病之苦,” 哈利利说。这些疾病包括心肌病(一种心脏肌肉削弱的疾病),骨疾病,肾脏疾病,以及神经认知障碍。“这些问题往往是由必须采取控制病毒的毒性药品加剧的,” 哈利利补充道。

  哈利利说,研究人员基于一个系统上的HIV-1编辑的两部分,该系统演变为一种细菌防止感染的防御机制。哈利利的实验室设计一个含有20个核苷酸的gRNA链与Cas9配对靶向HIV-1 DNA。该gRNA靶向称为长末端重复序列(LTR)的基因调控区。LTRs位于HIV-1基因组的两端。通过靶向两端的LTR,该Cas9核酸酶可以切除由9,709个核苷酸组成的HIV-1基因组。为了避免gRNA无意中与病人的任一部分基因组结合的任何风险,研究人员选择了不会出现在人类DNA的任何编码序列中的核苷酸序列,从而避免了脱靶效应和随后的细胞DNA损伤。

  这个编辑过程在好几个含有HIV-1的细胞类型中都是成功的,包括小胶质细胞和巨噬细胞,以及T-淋巴细胞。“T细胞和单核细胞是HIV-1感染的主要细胞类型,所以它们是这种技术的最重要的目标,” 哈利利说。

  哈利利说,在该技术准备用于病人之前,HIV-1的根除方法还面临着一些重大挑战。研究人员必须设计一种方法,将治疗剂释放到每一个受感染的细胞中。最后,由于HIV-1很容易发生突变,可能需要每个病人的独特的病毒序列进行个体化治疗。

  “我们正在研究一些策略,以便我们可以构建成临床前研究,”哈利利说。“我们希望能够根除患者中的每一个HIV-1副本,这会治好艾滋病,我觉得这技术是我们能够做到这一点的方式。”(来源:生物帮)


  原文摘要:

RNA-directed gene editing specifically eradicates latent and prevents new HIV-1 infection

Wenhui Hu, Rafal Kaminski, Fan Yang, Yonggang Zhang, Laura Cosentino, Fang Li, Biao Luo,David Alvarez-Carbonell, Yoelvis Garcia-Mesa, Jonathan Karn, Xianming Mo and Kamel Khalili

  AIDS remains incurable due to the permanent integration of HIV-1 into the host genome, imparting risk of viral reactivation even after antiretroviral therapy. New strategies are needed to ablate the viral genome from latently infected cells, because current methods are too inefficient and prone to adverse off-target effects. To eliminate the integrated HIV-1 genome, we used the Cas9/guide RNA (gRNA) system, in single and multiplex configurations. We identified highly specific targets within the HIV-1 LTR U3 region that were efficiently edited by Cas9/gRNA, inactivating viral gene expression and replication in latently infected microglial, promonocytic, and T cells. Cas9/gRNAs caused neither genotoxicity nor off-target editing to the host cells, and completely excised a 9,709-bp fragment of integrated proviral DNA that spanned from its 5′ to 3′ LTRs. Furthermore, the presence of multiplex gRNAs within Cas9-expressing cells prevented HIV-1 infection. Our results suggest that Cas9/gRNA can be engineered to provide a specific, efficacious prophylactic and therapeutic approach against AIDS.