中美学者PNAS:首次实现根除HIV病毒

【字体: 时间:2014年07月23日 来源:生物通

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  HIV-1病毒是一种顽固性的病毒,能将其自身的基因组永久的插入到宿主DNA序列中,令患者只能终身利用药物治疗来控制这种病毒,防止出现新的攻击。近期来自美国天普大学医学院,四川大学华西医院等出的研究人员设计出了一种新方法,能从根源上去除整合HIV-1基因。

  

——这不仅是一种对抗HIV病毒的永久治愈方法,也能用于预防HIV病毒感染

生物通报道:HIV-1病毒是一种顽固性的病毒,能将其自身的基因组永久的插入到宿主DNA序列中,令患者只能终身利用药物治疗来控制这种病毒,防止出现新的攻击。近期来自美国天普大学医学院,四川大学华西医院等出的研究人员设计出了一种新方法,能从根源上去除整合HIV-1基因。

这一研究成果公布在7月21日的PNAS杂志上。

“这是通往永久性治愈艾滋病道路上的关键一步”,天普大学神经科学部主任Kamel Khalili教授说。 Khalili教授与他的同事:胡文辉(Wenhui Hu)博士等人完成了这项消除人类细胞中休眠期HIV-1病毒的首次成功研究。

“这是一项令人兴奋的发现,不过现在还不能进入临床。这证明了我们正朝着正确方向努力”。

在这篇文章中,研究人员详细介绍了他们如何创建出新的分子工具,删除HIV-1前病毒DNA(proviral DNA)。研究人员将一种核酸酶与gRNA(靶向导引RNA)整合在一起,追踪病毒基因组,从而将HIV-1 DNA切除掉,同时细胞中的基因修复机器开动,将基因组中的被切割出片段结合起来,恢复成无病毒的细胞。

“HIV-1不能通过免疫系统完全清除,但如有要治愈艾滋病,就需要完全根除这种病毒,”Khalili说,Khalili的研究方向为病毒感染的神经疾病发病机制。从理论上说这一新工具能用于多种病毒,他说。

这一研究结果表明这些分子工具也能用作治疗性疫苗,通过核酸酶-RNA复合物进行治疗的细胞,被证明不受艾滋病毒的感染影响。

根据美国疾病控制和预防中心统计,全球有超过3300万人感染艾滋病毒,每年美国还有5万新增感染人数。

虽然在过去的15年里,科学家们研发出了高活性抗逆转录病毒治疗(HAART)方法,对抗HIV-1,但是这种病毒在中断治疗后依然会复发。甚至当HAART已经很好的控制住了 HIV-1的复制,HIV-1还是绵绵不绝。

“HIV-1 的低水平复制能令患者患上与衰老有关的疾病”,Khalili说。这些疾病包括心肌病(削弱心脏肌肉),骨疾病,肾脏疾病和认知功能障碍。“这些疾病常常是由于控制艾滋病毒的有毒药物引发的”。

研究人员基于两部分 HIV-1进行编辑,他们构建了一种长度为20个核苷酸的gRNA,靶向HIV-1 DNA。其中gRNA靶向一种称为长末端重复序列(LTR) 的控制区域,LTRs位于HIV-1基因组两端。

通过靶向两端的LTRs,Cas9 核酸酶可以剪去9,709个核苷酸,这就是HIV-1 基因组的组成。为了避免gRNA偶尔会结合到患者基因组上,研究人员挑选了人类DNA编码序列中不会出现的核苷酸序列,用于避免脱靶和细胞DNA损伤。

这种基因组编辑过程已经在几种出现HIV-1病毒的细胞类型中获得了成功,其中包括小胶质细胞和巨噬细胞,以及 T淋巴细胞。“T细胞和单核细胞是感染HIV-1的主要细胞类型,因此它们都是主要的靶标,”Khalili说。

这种 HIV-1 根除技术要用于临床,还面临着一些重大挑战,研究人员必须设计出一种能将这种治疗性药剂送入感染细胞的方法,而且由于HIV-1 容易发生突变,因此治疗可能需要针对每个病人的独特病毒基因序列。

(生物通:张迪)

原文摘要:

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

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.

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