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 JoVE Immunology and Infection

Ingeniería y Evolución de la sintética virus adeno-asociado (AAV) vectores de terapia génica a través de la familia transposición de ADN


JoVE 3819 4/02/2012

1Cluster of Excellence CellNetworks, Department of Infectious Diseases, Virology, Heidelberg University, 2Department of Infectious Diseases, Virology, Heidelberg University

Se demuestra la técnica básica para diseñar y evolucionar molecularmente sintéticos virales adeno-asociados (AAV) vectores de terapia génica a través de la familia de ADN arrastrando los pies. Por otra parte, nos proporcionan las pautas generales y ejemplos representativos para la selección y el análisis de cada uno de cápsidas quiméricas con propiedades mejoradas en las células diana en la cultura o en ratones.

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Células Humanas Primarias Difieren En Su Susceptibilidad a La Transferencia De Genes RAAV-2-mediada Y Duración De La Expresión Del Gen

La susceptibilidad de una variedad de diferentes tejidos primarios se examinó a largo plazo transducción con recombinante del virus de tipo adenoasociado 2 (rAAV-2) y los factores que influyen en la eficacia de transducción. En contraste con otros utilizando líneas celulares y modelos animales, se hizo hincapié en el uso de células humanas primarias. Aumento de la proteína verde fluorescente (EGFP) la expresión del gen marcador se examinó el uso de fluorescencia de células activadas por la clasificación de análisis. Las células diana más eficaces para la transferencia de genes rAAV-2-mediada eran bronquial arteria epiteliales, endoteliales y células musculares lisas y esquelético con tasas medias de transducción que van desde 34,3 hasta 81,6%. Las menores tasas de transducción de entre 4,3 y 19,5% se encontraron en los condrocitos, las células de los folículos cutáneos papilas epiteliales y fibroblastos. No se observó la transducción en los melanocitos, granulocitos y factor estimulante de colonias (G-CSF)-CD34 movilizado (+) o las células malignas de las células CD19 (+) de pacientes con leucemia linfocítica crónica. Una proporción de EGFP-expresión de músculo esquelético y células del músculo liso se mantuvo durante un período de 6 semanas después de la transducción (42,7 + / -5,4 y 67,1 + / -0,9%, respectivamente). Curiosamente, entre las células epiteliales del folículo piloso la proporción de células transducidas aumentó de 8 + / -0,5 a 36 + / -7,7% en el curso de 6 semanas. En contraste, las células endoteliales, células epiteliales bronquiales y los fibroblastos, un rápido descenso en el número de células que expresan EGFP se indique lo contrario. Una relación inversa entre la proporción de células en G2 / M fase del ciclo celular y de larga duración la expresión de genes se ha observado. Todos rAAV-2 en células primarias susceptibles expresó FGFR-1 y la integrina alfaV en consonancia con su papel como co-receptores para AAV-2. En conclusión, AAV-2 es un sistema vector adecuado para la transducción y la evaluación de los efectos funcionales de la expresión génica a largo plazo en el músculo humano primario y las células del folículo del pelo.

Métodos De Producción De Vectores De Transferencia Génica Sobre La Base De Los Serotipos Del Virus Adeno-asociados

Los vectores derivados del virus de serotipo adenoasociado 2 (AAV-2) representan una herramienta más prometedora para la transferencia de genes humanos debido a que estos vectores son ni patógena ni tóxica para la célula diana, y permitir a largo plazo la expresión génica en una gran variedad de tejidos. Sin embargo, son bastante ineficiente en infectar un número de tipos de células clínicamente relevantes, y la transducción de estos vectores es probable obstaculizado por los anticuerpos neutralizantes que son muy frecuentes en la población humana. Por lo tanto, un número creciente de investigadores están centrando su atención en los cinco serotipos de AAV otros, para tratar de desarrollar estos vectores como nuevas para la transferencia de genes humanos, con la esperanza de superar los problemas relacionados con vectores AAV-2. Aquí describir y discutir la metodología para producir estos vectores AAV alternativas en cultivos de tejidos. En detalle, se comparan dos estrategias que se basan en la transfección de células en cultivo con dos o tres plásmidos, que contiene el vector de AAV genoma y AAV codificación y funciones adenovirales auxiliares. Cualquiera de estos protocolos se puede utilizar para empaquetar un recombinante genoma AAV en cápsides de su propio serotipo (generación de "real" serotipos) o "cross-paquete" este ADN vector en cápsides derivadas de otro serotipo de AAV ("pseudotyping"). Como estos métodos están todavía en sus primeras etapas, las limitaciones existentes de la tecnología actual se discuten, y propusieron posibles mejoras.

Ayudante Libre De Virus, La Producción ópticamente Controlable, Y Dos Plásmidos Basados ​​en Vectores De Virus Adeno-asociado De Los Serotipos 1 a 6

Se presenta una estrategia simple y seguro para la producción de alto título de virus adeno-asociados (AAV) vectores derivados de seis diferentes serotipos de AAV (AAV-1 a AAV-6). El método, conocido como "caliente", es libre de virus helper, ópticamente controlable, y en base a la transfección de sólo dos plásmidos, es decir, un vector AAV constructo y uno de los seis plásmidos auxiliares novedosos AAV. Este último fueron diseñados para llevar a AAV serotipo rep y los genes de cabeza junto con funciones auxiliares adenovirales, así como únicos casetes de expresión de proteínas fluorescentes, permitiendo la confirmación de la transfección con éxito y la identificación del plásmido transfectadas. Cruz-envasado de ADN vector derivado de AAV-2, -3, o -6 fue de hasta 10 veces más eficiente utilizando nuestros nuevos plásmidos, en comparación con un conservador de adenovirus-dependiente método. También se identificó una variedad de anticuerpos útiles, permitiendo la detección de las proteínas Rep o VP, o cápsidas montadas, de los seis serotipos de AAV. Finalmente, se describen los tropismos de células únicas y la cinética de expresión de los transgenes para los vectores AAV serotipo en las células primarias o transformado a partir de cuatro especies diferentes. En suma, la estrategia de HOT y los anticuerpos que aquí se presenta, junto con los hallazgos reportados, deberían facilitar y apoyar el desarrollo de vectores AAV serotipo como nuevas y poderosas herramientas para la terapia génica humana.

Preclínicos in Vivo Evaluación De Pseudotyped Vectores De Virus Adeno-asociados Para La Terapia Génica Del Hígado

Se presenta la generación y uso de pseudotyped virales adeno-asociados (AAV) vectores para la expresión específica del hígado del factor humano IX de coagulación de sangre (hFIX). Por lo tanto, un genoma de AAV-2 que codifica el gen hfIX fue cruzada empaquetados en cápsidas de los tipos de AAV 1 a 6 con eficacia a gran escala de la tecnología para la producción de partículas y la purificación. En los ratones inmunocompetentes, las partículas de vector resultante expresaron altos niveles hFIX que van desde 36% (AAV-4) a más de 2000% de lo normal (AAV-1, -2 y -6), que excedan los niveles de curación en pacientes con hemofilia . Expresión de la dosis y tiempo dependiente, con AAV-6 dirigir el inicio más rápido y más fuerte de la expresión hFIX en todas las dosis. Interesantemente, la administración sistémica de 2 x 1012 partículas vector de AAV-1, -4, -6 o como resultado niveles hFIX similares a los conseguidos mediante la entrega vena porta. Para todos los otros serotipos y las dosis de partículas, la administración hepática vector producido hasta 84 veces más proteína que la entrega hFIX vena de la cola, corroborado por el aumento de similar número de copias del vector de ADN en el hígado, y provocó una respuesta inmune reducida en contra de las cápsides virales. Finalmente, los ensayos de neutralización mostraron inmunológica variable de reacciones cruzadas entre la mayoría de los serotipos de AAV. Nuestra tecnología y los resultados deben facilitar el desarrollo de terapias génicas AAV pseudotype base para la hemofilia B y otras enfermedades relacionadas con el hígado.

Adeno-asociados Vectores De Virus En La Expresión Del ARN De Horquilla Corta

Cinco publicaciones recientes han documentado el éxito del desarrollo y la utilización de vectores de transferencia génica basada en virus adeno-asociado (AAV) para expresar corto horquilla de RNA (shRNA). En células de mamífero cultivadas y en animales enteros, la infección con estos vectores se demostrado resultar en desmontables específica, eficiente y estable de los genes diferentes dirigidos endo-o exógenos. En este artículo revisamos este enfoque interesante, para activar la interferencia de ARN in vitro e in vivo por shRNA expresada a partir de vectores AAV, y describir la tecnología de punta para la generación de vectores de partículas. En particular, se presenta un conjunto de nuevos plásmidos vectores AAV que fueron diseñados específicamente para la clonación rápida y fácil de casetes de expresión shRNA en AAV. Los plásmidos contienen alternativas ARN polimerasa III promotores (U6, H1, o 7SK) junto con una respectiva secuencia de terminación, así como de ADN embutidora para garantizar un tamaño del vector óptimo para el envasado eficiente en cápsides AAV. Para ofrecer la máxima versatilidad y facilidad de uso, las construcciones fueron diseñadas también para contener un conjunto de sitios de restricción únicos reconocimiento de la enzima, lo que permite el reemplazo simple y directo de la cinta shRNA u otros componentes del vector con las secuencias personalizadas. Nuestros nuevos plásmidos vectores complementan la tecnología existente vector AAV y deben ayudar a establecer además AAV como una alternativa más prometedora a la utilización de virus adeno-o retro-? Lentiviral vectores como vehículos de reparto shRNA.

Mantenimiento Mayor Y La Persistencia De Transgenes Por La Escisión De Casetes De Expresión De Las Secuencias De Plásmido En Vivo

La persistencia de la expresión del transgen es una limitación importante para no viral mediada por estrategias de terapia génica. Hemos sugerido que la unión covalente de ADN bacteriano en el casete de expresión juega un papel crítico en el silenciamiento transcripcional de transgenes in vivo. Para profundizar en el papel de la unión covalente de ADN plásmido en el casete de expresión y la represión de la transcripción, y si este efecto silenciador podría ser aliviado mediante la alteración de la estructura molecular del ADN del vector en vivo, se genera un esquema para la conversión de los plásmidos de rutina en un purificó casete de expresión, libre de ADN bacteriano después de la transferencia de genes in vivo. Para ello, la alfa-1-antitripsina humana (hAAT) y humanos de factor de coagulación IX (hfIX) genes indicadores se flanqueado por dos sitios de reconocimiento de endonucleasas IsceI, y coinjected junto con un plásmido que codifica el ADNc I-CPE o un plásmido de control en hígado de ratón. Dos semanas después de la administración del ADN, los ratones inyectados con el gen reportero solo o con el plásmido de control irrelevante mostraron bajos niveles séricos de hAAT o hFIX, que se mantuvo bajo a lo largo de la longitud del experimento. Sin embargo, los animales que expresan la I-SCE tenía un 5 - a 10 veces mayor en el suero o hAAT hFIX que persistió durante al menos 8 meses (la duración del estudio). Expresión de la I-CPE resultó en la escisión y la escisión de los casetes de expresión de la columna vertebral plásmido, formando círculos en su mayoría desprovistos de secuencias de ADN bacteriano, según lo establecido por una batería de transferencia Southern y análisis diferente cadena de la polimerasa de reacción en tanto C57BL / 6 y SCID tratados ratones. En contraste, sólo la entrada de los padres banda circular de ADN plásmido se detectó en los ratones inyectados con el gen reportero solo, o un plásmido I-CPE junto con el reportero hAAT plásmido que carece de los sitios I-SCEI. Se obtuvieron resultados similares cuando el sistema Flp recombinasa se utilizó para hacer mini-plásmidos en el hígado de ratón in vivo. Este estudio presenta evidencia adicional independiente que la eliminación de la unión covalente entre las secuencias de plásmido y transgén conduce a un marcado incremento en y persistencia de la expresión del transgén. Revelación de los mecanismos por los cuales está conectado el enlace covalente de ADN bacteriano a la casete de expresión para el silenciamiento de genes es fundamental para establecer el mecanismo de regulación transcripcional en sistemas de mamíferos y será importante para el desarrollo de versátiles vectores no virales que se pueden utilizar para alcanzar persistente la expresión de genes en diferentes tipos de células.

Transducción De Hígado Con Virus Recombinantes Adeno-asociado Está Restringida Principalmente Por El Serotipo Cápside No Genotipo Vector

Nosotros y otros han informado recientemente de la transferencia de genes del hígado altamente eficiente con virus adeno-asociado 8 (AAV-8) pseudotipos, es decir, el AAV-2 genomas empaquetados en AAV-8 cápsides. Aquí se estudió si la transducción de hígado podría mejorar aún más mediante el uso de secuencias virales de ADN de embalaje (repeticiones terminales invertidas [RTI]) derivado de AAV genotipos distintos de 2. Para este fin, se generaron dos conjuntos de vectores construye llevar casetes de expresión que incluyen un gen gfp o el factor IX humano (hfIX) gen flanqueado por RTI de genotipos AAV 1 a 6. Inicial en los análisis in vitro de la replicación del ADN del vector de las buenas prácticas agrarias, encapsidación y la transducción de células reveló un sorprendente alto grado de intercambiabilidad entre los seis genotipos. Por consiguiente, en los estudios in vivo, se cruza a embalar las seis variantes hfIX en AAV-8 y la infusión de ratones a través de la vena porta con dosis de 5 x 10 (10) a 1,8 x 10 (12) partículas. Cabe destacar que todos los vectores expresan los niveles plasmáticos elevados comparativamente hFIX dentro de una cohorte de dosis durante los siguientes 6 meses, coincidiendo con el hallazgo de un número equivalente de vectores de copias de ADN por célula. Hepatectomías parciales resultó en aproximadamente 80% de los niveles gotas hFIX y el número de vectores de ADN copia en todos los grupos, lo que indica el genotipo independiente de la persistencia de ADN del vector predominante episomal. Análisis Southern blot de ADN total del hígado, de hecho, confirmó la presencia de formas de vectores idénticos y no integrada principalmente moleculares para todos los genotipos. Llegamos a la conclusión de que, a diferencia de los serotipos, los genotipos AAV no son críticos para la transducción de los hepatocitos eficiente y se puede sustituir libremente. Esto corrobora nuestra actual modelo de vectores AAV la persistencia en el hígado y proporciona información útil para el futuro diseño y aplicación de AAV recombinante.

El Receptor De Laminina 37/67-kilodalton Es Un Receptor Para Los Serotipos Del Virus Adeno-asociados 8, 2, 3 Y 9

Adeno virus asociado serotipo 8 (AAV8) está surgiendo como un vector de transferencia de genes de gran alcance, debido a su capacidad para transducir eficazmente muchos tejidos diferentes in vivo. Si bien esto se cree que es debido en parte a su capacidad para uncoat más fácilmente que otros serotipos AAV como AAV2, comprendiendo todos los procesos detrás AAV8 transducción es importante para su aplicación y uso óptimo en la terapia de genes humanos. Aquí, le ofrecemos el primer informe de un receptor celular para AAV8, el receptor de la laminina 37/67-kDa (LAMR). Nos documento vinculante de la LAMR AAV8 de proteínas de la cápside y viriones intactos in vitro y demostrar su contribución a la AAV8 transducción de las células cultivadas y el hígado del ratón in vivo. También mostramos que LAMR juega un papel en la transducción de tres otros serotipos estrechamente relacionados (AAV2, -3 y -9). El análisis de secuencias y la eliminación nos permitió asignar LAMR unión a dos subdominios proteína predice que se exponen en el exterior AAV cápside. El uso de LAMR, que se expresa constitutivamente en muchos tejidos clínicamente relevantes y se sobreexpresa en numerosos tipos de cáncer, ofrece una explicación molecular para el tropismo tisular amplia de AAV8. Junto con su eficiencia de transducción robusta, nuestros resultados apoyan el desarrollo continuo de AAV8 vectores basados ​​en las aplicaciones clínicas en los seres humanos, especialmente para la terapia génica del tumor.

Mejorar La Transferencia Del Gen Cardíaco Mediante La Transcripción Y Transducción De Orientación De La Adeno-asociados Vectores Virales

Los vectores basados ​​en virus recombinantes adeno-asociado 2 (AAV-2) son una herramienta prometedora para la transferencia de genes cardiacos. Sin embargo, las posibles aplicaciones terapéuticas deben considerar la transducción predominante en el hígado una vez AAV-2 vectores de entrar en la circulación sistémica. Por lo tanto, el objetivo de aumentar la eficiencia y especificidad de la entrega de vectores cardíaca mediante la combinación de la superficie celular de la transcripción y la orientación.

Letalidad En Los Ratones Debido a Sobresaturación De Micro ARN Celular / Rutas Cortas Horquilla De ARN

ARN de interferencia (ARNi) es un fenómeno universal y conservado evolutivamente de silenciamiento génico post-transcripcional por medio de la secuencia específica de la degradación del ARNm, provocados por pequeños ARN de doble cadena. Debido a que este mecanismo puede ser inducida in vivo de manera eficiente mediante la expresión de objetivos complementarios corta horquilla de ARN (shRNA) de vectores no virales y virus, el ARNi es atractivo para la genómica funcional y la terapéutica humana. Aquí se investigan sistemáticamente los efectos a largo plazo de la expresión sostenida shRNA de alto nivel en hígados de ratones adultos. Robusto shRNA expresión en todos los hepatocitos después de la infusión intravenosa se logró con un vector de entrega optimizada shRNA basado en dúplex de ADN que contiene tipo de virus adeno-asociado 8 (AAV8). Una evaluación de 49 diferentes AAV / shRNA vectores, únicos en la longitud y la secuencia y dirigida contra seis objetivos, mostró que el 36 dio lugar a la lesión hepática dosis-dependiente, en última instancia, con el 23 por causar la muerte. La morbilidad se asocia con la regulación a la baja de hígado derivados de microRNAs (miRNAs), lo que indica la posible competencia de este último con shRNAs para limitar los factores celulares necesarios para el procesamiento de varios pequeños RNAs. In vitro e in vivo de transfección ARNhc a entender que uno de esos factores, compartida por las vías shRNA / miRNA y se satura con facilidad, es el carioferina nucleares exportin-5. Nuestros hallazgos tienen consecuencias fundamentales para las futuras estrategias basadas en el ARNi en animales y humanos, ya que el control de los niveles intracelulares de shRNA expresión será imprescindible. Sin embargo, el riesgo de oversaturating endógenos vías pequeñas de ARN pueden ser minimizados mediante la optimización de la dosis y la secuencia shRNA, como se ejemplifica aquí con nuestro informe de que los efectos terapéuticos de RNAi contra el virus de la hepatitis B humana in vivo.

Una Pantalla De Dos Híbridos Identifica Catepsinas B Y L Como Factores Uncoating De Virus Adeno-asociado 2 Y 8

Los vectores basados ​​en diferentes serotipos de virus adeno-asociado una gran promesa para la terapia génica humana, sobre la base de sus tropismos tejidos únicos y distintos perfiles inmunológicos. Un candidato es particularmente interesante AAV8, que puede de manera eficiente y rápidamente transducir una amplia gama de tejidos in vivo. Para desentrañar aún más los mecanismos de transducción de AAV8, hemos utilizado la levadura de dos híbridos de análisis para seleccionar una biblioteca de hígado de ratón ADN complementario para las proteínas celulares capaces de interactuar con las proteínas de la cápside viral. En total, se recuperaron aproximadamente 700 clones, que comprende más de 300 genes independientes. Análisis de secuencias reveló múltiples golpes por más de 100 genes, incluyendo dos de codificación de la endosomal cisteína proteasas catepsinas B y L. En particular, estas dos proteasas también físicamente interactuado con la porción correspondiente de la cápsida AAV2 en la levadura, pero no con AAV5. Se demuestra que las catepsinas B y L son esenciales para la transducción eficiente AAV2 y AAV8 mediada por células de los mamíferos, y documentar la capacidad de la catepsina B purificada y las proteínas L para unirse y escindir AAV2 intactas y AAV8 partículas in vitro. Estos datos sugieren que la catepsina-mediada por la escisión podría primeros cápsides AAV para uncoating posterior nuclear, e indican que el análisis de genes adicionales recuperados en nuestra pantalla puede ayudar a esclarecer aún más los mecanismos de transducción de AAV8 y serotipos relacionados.

Combinatoria RNAi: Una Estrategia Ganadora Para La Carrera Contra Objetivos En Evolución?

La capacidad de utilizar ARN de doble cadena para inhibir la expresión de genes de secuencia específica (interferencia de ARN, o ARNi) está revolucionando la ciencia como en la medicina. Numerosos estudios pre-clínicos están evaluando ARNi como una nueva modalidad terapéutica en la lucha contra autosómicos ganancia de la función de las enfermedades dominantes, el cáncer y las infecciones virales. Una preocupación que surge es que los mono-terapias RNAi en última instancia, podría dejar de controlar los virus que pueden escapar silenciar por mutación y / o supresión de RNAi. Así, las estrategias sofisticadas que se están desarrollando objetivo de evitar la resistencia viral mediante la combinación de efectores RNAi entre sí o con otros inhibidores de la expresión génica. Varios informes ya validar este nuevo concepto de "combinatoria RNAi" (Kornai) e ilustrar su versatilidad con la descripción de la co-expresión de los factores desencadenantes RNAi dirigidas contra uno o varios, virales o celulares, las metas. Otros estudios documentan la entrega exitosa de estos disparadores con silenciadores adicionales de ARN, o basados ​​en proteínas. Por otra parte, los vectores se han diseñado para combinar RNAi mediada por la inhibición de genes con las estrategias convencionales de reemplazo génico. En conjunto, estos esfuerzos se abren interesantes posibilidades terapéuticas nuevas, pero también podría aumentar los riesgos inherentes de la tecnología de RNAi, incluidas las respuestas inmunes, de orientación-, y sobresaturación de las vías endógenas. En este sentido, una revisión crítica de todas las estrategias de Kornai y discutir los requisitos para su transición hacia la aplicación clínica.

Derribo Rápido Y Estable De Un Gen Endógeno En El Epitelio Pigmentario De La Retina

El silenciamiento selectivo de genes diana en determinados tipos de células por ARN de interferencia (RNAi) representa un enfoque potente tanto para la terapia génica de alelos mutantes dominantemente activos, y para la investigación de la función del gen normal en modelos animales in vivo. Hemos establecido un método sencillo y versátil in vitro para la detección de la eficacia de las basadas en el ADN-ARN de horquilla corta (shRNAs), e identificó un shRNA muy eficaz dirigida al factor de crecimiento de fibroblastos básico (bFGF), un gen que se cree que desempeñan un papel importante en las respuestas endógenas neuroprotectores en la retina de rata. Se han utilizado dos vectores virales, sobre la base de los lentivirus y virus adeno-asociado (AAV), para ofrecer shRNAs y bFGF silencio en las células epiteliales del pigmento retiniano en vivo. Los experimentos AAV hizo uso de un "estabilizado de doble hebra" versión de estos vectores con rápido inicio de la expresión génica. En el epitelio pigmentario de la retina de ratas, shRNAs entregados por cualquiera de vector de reducir inmunoreactividad bFGF a niveles no detectables en las células transducidas, mientras que un control funcional que incorpora la construcción de una mutación de dos pares de base no tuvo ningún efecto medible sobre la expresión de bFGF. El silenciamiento comenzó a los pocos días después de la inyección de virus y se mantuvo estable durante todo el período de observación, siempre y cuando los 60 días. La entrega viral de las construcciones de ARNi ofrece un enfoque potente y versátil para la terapia de genes y el análisis de las cuestiones fundamentales de la biología de la retina.

RNAi Y La Terapia Génica: Una Atracción Mutua

El fenómeno filogenéticamente conservados celular de ARN de interferencia (RNAi), la secuencia específica de silenciamiento post-transcripcional de la expresión génica mediada por pequeños ARN de doble cadena-es una promesa importante para la investigación básica y para el desarrollo de fármacos. Particularmente atractiva desde el punto de vista médico es la yuxtaposición de nueva metodología de RNAi con establecidas las estrategias de transferencia de genes, especialmente los vectores virales para la entrega de RNAi eficiente y tejidos específicos a los pacientes. Aquí, un resumen de los últimos avances clínicos y experimentales en los enfoques basados ​​en RNAi de terapia génica. Brevemente describen las nuevas estrategias no virales para la transferencia de siRNA, antes de comparar los tres vectores virales en la actualidad principalmente desarrollados, como los vehículos de reparto shRNA, adenovirus, lentivirus y virus adeno-asociado (AAV). Por otra parte, se describen los objetivos de mayor relevancia clínica genéticos, adquiridos o infecciosa que se persiguen con fines terapéuticos. En concreto, se evalúa el uso de vectores mediada por RNAi para el tratamiento de procesos virales, cáncer, trastornos linfoproliferativos sólidos y las enfermedades neurodegenerativas y oculares. Además, se destacan otras aplicaciones emergentes, incluyendo terapias con células madre y transgénesis animal, así como discutir algunos de los peligros potenciales y las limitaciones inherentes a los enfoques individuales. Si bien podemos predecir que los planes de eventuales estará determinado por nuestra creciente comprensión de las complejidades de la biología humana RNAi, así como de progresivo perfeccionamiento de los diseños de transporte viral, los potenciales beneficios científicos y médicos de un matrimonio exitoso del ARNi y la terapia génica parece enorme.

La Aplicación Terapéutica De RNAi: Es ARNm Orientación Finalmente Listo Para El Prime Time?

Con una velocidad sin precedentes, el ARN de interferencia (ARNi) ha avanzado desde su descubrimiento básico en los organismos inferiores a convertirse en una poderosa herramienta genética y tal vez nuestra bioterapéutico más prometedor para una amplia gama de enfermedades. Documento de numerosos estudios de RNAi eficacia en animales de laboratorio, y los primeros ensayos clínicos están en curso y hasta el momento sugieren que el ARNi es seguro de usar en los seres humanos. Sin embargo, obstáculos importantes también han surgido y deben ser superados antes de las aplicaciones terapéuticas de RNAi puede convertirse en una terapia estándar. En este artículo revisamos los obstáculos más críticos para la clínica y las preocupaciones de transición RNAi, el parto y la seguridad. Destacamos las nuevas soluciones y al mismo tiempo discutir terapéuticos novedosos conceptos basados ​​en el ARNi. Los rápidos avances actuales de creación de optimismo realista, la creación del ARNi como una modalidad clínica nueva y potente en los seres humanos está cerca.

Sustitución Del Parénquima Hepático En Ratones Trasplantados De Hepatocitos Alogénicos Se Ve Facilitada Por El Trasplante De Médula ósea Y Mediada Por Las Células CD4

La falta de donantes de órganos adecuados es una de las principales limitaciones para el uso exitoso generalizado del trasplante hepático para numerosas enfermedades hepáticas humanas. Una conveniente alternativa terapéutica es el trasplante de hepatocitos (HT), pero este método está igualmente restringida por la escasez de donantes de células y por las barreras inmunológicas. Por lo tanto, en la expansión in vivo de las células trasplantadas tolerantes se está convirtiendo en una novela y clínicamente relevante potencial de la terapia celular alternativa. Con este objetivo, en el presente estudio hemos establecido un modelo de ratón que combina el nuevo HT con previo trasplante de médula ósea (TMO). Hepatocitos de los donantes se obtuvieron a partir de alfa humano (1)-antitripsina (hAAT) ratones transgénicos de la cepa FVB. Serie de enzimas de suero ensayos de inmunoabsorción ligado a las proteínas hAAT fueron utilizados para controlar el injerto de hepatocitos y expansión. En los ratones que carecen de receptores de trasplante de médula ósea de control, se observó hepatocitos injerto a largo plazo todavía modesto. En contraste, los animales sometidos a trasplante de médula ósea singénico adicional antes de la HT mostró un 3 - a 5 veces mayor en los niveles séricos de HAAT, después de 24 semanas. Por otra parte, la repoblación del hígado completo se observó en los hepatocitos trasplantados ratones Balb / C que habían sido trasplantados con médula ósea alogénico FVB-derivada. Estos resultados fueron validados por una comparación de los niveles de HAAT entre el donante y los ratones receptores y por hAAT específico inmunoticción. En conjunto, estos hallazgos sugieren un efecto sinérgico de trasplante de médula ósea en hepatocitos trasplantados para la expansión y la inducción de tolerancia. Los hígados de los animales repoblados muestran sustanciales infiltrados mononucleares, que consiste en su mayor parte de las células CD4 (+) las células. El bloqueo de esta última antes de la proliferación de los hepatocitos HT derogó trasplantados, y esto implicaba un papel esencial desempeñado por las células CD4 (+) de las células en la selección de los hepatocitos in vivo después de trasplante de médula ósea alogénico. CONCLUSIÓN: El modelo de ratón que proporciona una plataforma versátil para la investigación de los mecanismos que rigen HT de importancia directa para el desarrollo de estrategias clínicas para el tratamiento de la insuficiencia hepática humana.

In Vitro E in Vivo En La Evolución Del Gen Vector De Terapia Vía El Cruce De Especies Múltiples Y Retargeting De Virus Adeno-asociados

Virus adeno-asociado (AAV) serotipos difieren ampliamente en eficacias de transducción y tropismos del tejido y por lo tanto tienen un enorme potencial como vectores para terapia génica en humanos. En realidad, sin embargo, su uso en pacientes se ve limitado por frecuentes contra AAV inmunidad o por su rendimiento inadecuado en los objetivos específicos, ejemplificados por el tipo AAV 2 (AAV-2) del prototipo en el hígado. En este caso, hemos tratado de combinar las cualidades deseables de varias cepas AAV naturales por parte de una tecnología de ADN de la familia adaptadas arrastrando los pies para crear una biblioteca complejo de cápsidas híbridas a partir de ocho diferentes virus de tipo salvaje. Selección de los hepatocitos humanos primarios o transformado dio piscinas de híbridos de cinco de los serotipos de partida: 2, 4, 5, 8, y 9. De selección más rigurosos con antisuero humano agrupado (inmunoglobulina intravenosa [IgIV]) y luego condujo a la selección de un solo tipo 2/type 8/Tipo 9 quimera, AAV-DJ, que se distingue de su pariente más cercano natural (AAV-2) en un 60 cápside aminoácidos. Recombinantes vectores AAV-DJ superó ocho serotipos de AAV estándar en la cultura y en gran medida superado AAV-2 en los hígados de los ratones no tratados con IgIV y vacunados. Un dominio de unión a la heparina en el AAV-DJ se encontró que limitar la biodistribución en el hígado (y unos pocos otros tejidos) y afectar la respuesta de vector de la dosis y la neutralización de anticuerpos. Por otra parte, se presenta el primer éxito en vivo biopanning de cápsidas AAV mediante el uso de un nuevo AAV-DJ-biblioteca de virus derivados de visualización de péptidos. Dos péptidos enriquecido después de la serie de pases en los pulmones de ratón mediada la nueva selección de los vectores AAV-DJ a las distintas células alveolares. Nuestro estudio valida ADN de la familia arrastrando los pies y la visualización de péptidos virales como dos enfoques de gran alcance y compatible a la evolución molecular de nuevos vectores AAV para humanos aplicaciones de terapia génica.

El Silenciamiento De La Grasa Hepática Proteína Transportadora De ácido 5 En Vivo Invierte Inducida Por La Dieta Sin Alcohol Enfermedad Del Higado Graso Y Mejora La Hiperglucemia

Sin alcohol enfermedad del hígado graso es un grave problema de salud relacionado con la obesidad y la diabetes tipo 2. Para investigar el resultado biológico y el potencial terapéutico de la inhibición de la captación hepática de ácidos grasos de ácido, se utilizó una técnica de virus adeno-asociado mediada por ARN de interferencia para derribar la expresión de la grasa hepática proteína de transporte de ácido 5 en vivo antes o después de establecer la no-graso alcohólico enfermedad del hígado en ratones. Con este enfoque, se demuestra aquí la capacidad de lograr caída específica, no tóxico y persistente de la proteína transporte de ácidos grasos 5 en hígados de los ratones a partir de una inyección de un solo virus adeno-asociado, dando lugar a una marcada reducción de la dieta hepática absorción de ácidos grasos, reduce la absorción de calorías, y la protección concomitante de la inducida por la dieta sin alcohol enfermedad de hígado graso. Es importante destacar que, caída de la proteína de transporte de ácidos grasos 5 también fue capaz de revertir la ya establecida sin alcohol enfermedad de hígado graso, lo que resulta en la homeostasis de la glucosa mejoró significativamente en todo el cuerpo. Así, la actividad continua de grasa hepática proteína de transporte de ácido 5 se requiere para sostener la absorción de calorías y el flujo de ácidos grasos en el hígado durante la alimentación alta en grasas y pueden presentar un nuevo camino para el tratamiento de la causa no alcohólica del hígado graso.

Expresión De ShRNA Partir De Un Promotor Específico De Tejido Pol II Es Una Eficaz Y Segura De ARNi Terapéutico

Se ha observado que la sobreexpresión de algunos ARN corto horquilla (shRNAs) puede inducir la citotoxicidad aguda. Esto ha suscitado preocupación por la seguridad del uso de ARN de interferencia (RNAi) la tecnología como una herramienta terapéutica potencial. Hemos tratado de hacer frente a este reto de control de la expresión mediante el desarrollo de un vector de mono-cistrónico para la expresión específica de tejido de un shRNA de una polimerasa del hígado derivado (pol) promotor II. Este nuevo constructo eficientemente induce silenciamiento de destino en células de hepatoma in vitro y en los hígados de ratón in vivo. Con el fin de demostrar la seguridad y la mejora potencial terapéutico de este método, se seleccionó un shRNA orientación sobre el antígeno de superficie (HBsAg) del virus de hepatitis B (VHB), que es uno de los más tóxicos cuando se expresa en el uso común U6 promotor. Embalaje como un ADN de doble cadena en un virus adeno-asociado (AAV) pseudotipo 8 y entregarlo a una dosis de partículas de alta (1 x 10 (12)) para VHB ratones transgénicos como resultado la reducción estable de HBsAg suero al 85% de partida los niveles, sin ningún signo concomitante de daño hepático. Con esta mejora de la tolerabilidad, la específica del hígado pol II shRNA expresión persistió durante más de un año después de la inyección. Se concluye que este sistema de expresión pol II ARNhc combinado con un vector de entrega potente representa una alternativa eficaz a cualquiera U6 estrategias basadas o sistemas que logren la especificidad tisular mediante el uso de elementos adicionales.

ARN De Silenciamiento: State-of-the-art

En sólo una década, hemos sido testigos de la rápida maduración de la esfera de la interferencia de ARN - el silenciamiento de genes específicos de secuencia mediado por pequeños ARN de doble cadena - directamente desde su infancia hasta la edad adulta. Con los datos interesantes que están surgiendo desde los primeros ensayos clínicos, ahora es más probable que nunca que las drogas RNAi pronto ofrecer otra potente clase de agentes en nuestra batalla contra las enfermedades infecciosas y genéticas. Acelerar este proceso y la adición a la promesa de ARNi es nuestro arsenal cada vez mayor de innovadores basados ​​en RNAi herramientas experimentales y tecnologías clínicamente aplicables. En este artículo se revisará críticamente una selección de importantes avances recientes en la terapéutica de RNAi, a partir de nuevos diseños asimétricos siRNA o bi-funcional, el uso deliberado de los pequeños RNAs que regulan la transcripción nuclear, la explotación de ingeniería de potentes adeno-asociados vectores virales para la expresión de shRNA, de la endógena miRNAs para controlar la expresión del transgen o tropismo de vectores, a los intentos de elegantes para inhibir miRNAs celulares implicados en enfermedades humanas. Esta revisión también se presentan notas de advertencia sobre los riesgos potenciales inherentes a las aplicaciones in vivo ARNi, antes de discutir los últimos descubrimientos sorprendentes sobre la circulación de los miRNAs en los fluidos del cuerpo humano, y concluyendo con una perspectiva hacia el futuro posible de RNAi como una herramienta biomédica cada vez más poderosa.

Bajo Nivel De Citotoxicidad ShRNA Puede Contribuir a Carcinoma Hepatocelular MYC Inducida En Ratones Adultos

ARN corto horquilla (shRNAs) han surgido como una modalidad terapéutica novedosa, pero existe una creciente preocupación sobre los efectos no específicos in vivo. En este caso, hemos utilizado vectores virales para expresar shRNAs contra p53 endógeno en los hígados de los condicionales MYC ratones transgénicos. Como era de esperar, los shRNAs silenciada p53 hepática del hígado y la tumorigénesis acelerado cuando MYC se expresó al mismo tiempo. Sorprendentemente, el control de varios irrelevantes shRNAs similar indujo un rápido inicio de la tumorigénesis, comparable al tetracloruro de carbono (CCl4), un potente carcinógeno. Hemos encontrado que las dosis shRNA incluso marginales ya se puede desencadenar hepatotoxicidad histológicamente detectable y aumento de la apoptosis de hepatocitos. Por otra parte, hemos observado que la expresión de microARN shRNA hepática a nivel mundial desregulada (miRNA) la expresión, y que los niveles de ARNhc y la actividad aumentó aún más en la presencia de MYC. En MYC-ratones transgénicos que expresan, lo marginal shRNA inducida por la lesión hepática suficiente para estimular aún más la división hepatocelular que se fue a su vez asociada con la expresión marcadamente crecientes de la ciclina B1 mitótico. Por lo tanto, incluso a dosis bajas, shRNAs puede causar bajo nivel de hepatotoxicidad que puede facilitar la capacidad del oncogén MYC para inducir la tumorigénesis hígado. Nuestros datos precaución con respecto a la orden de posible potencial cancerígeno de shRNAs cuando se utiliza como agente de clínica, sobre todo en circunstancias en las que los tejidos están genéticamente predispuestos a la transformación celular y la proliferación.

Seis Virus De ARN Y Anfitriones: Cuarenta Y Un Viral ARN Pequeños Y De Modulación De Los Pequeños Repertorios De ARN En Los Sistemas De Vertebrados E Invertebrados

Hemos utilizado multiplexada secuenciación de alto rendimiento para caracterizar los cambios en las poblaciones pequeñas de ARN que se producen durante la infección viral en células animales. Los pequeños ARN basados ​​en mecanismos como el ARN de interferencia (RNAi) se han mostrado en instalaciones y sistemas de invertebrados a jugar un papel clave en las respuestas del huésped a la infección viral. A pesar de los homólogos de las principales vías de RNAi efectoras están presentes en células de mamíferos, y puede lanzar una degradación mediada por RNAi de mRNAs experimental dirigidos, cualquier papel de este tipo de respuestas en los mamíferos la interacción huésped-virus aún no se ha caracterizado. Seis diferentes virus fueron examinados en 41 sistemas host experimental susceptibles y resistentes. Se identificaron derivados de virus ARN pequeños (vsRNAs) a partir de los seis virus, con la abundancia total que varía de "infinitamente raros" (menos del 0,1% de la telefonía celular pequeño ARN) a muy abundantes (comparable a la abundancia de micro-ARN "miRNAs"). Además de la aparición de vsRNAs durante la infección, hemos visto una serie de cambios específicos en los perfiles de miARN de acogida. Para los modelos de infección varios investigados con más detalle, el ARNi y el interferón vías modulada de la abundancia de vsRNAs. También se encontró evidencia para las poblaciones de vsRNAs que existen como siRNAs dúplex con cero a tres nucleótidos 3 'domina. Uso de las poblaciones de células portadoras de un replicón de la hepatitis C, se observó el capítulo de carga selectiva de siRNAs en complejos Argonaute. Estos experimentos vsRNAs definir como un posible componente de la interacción entre virus animales y sus anfitriones.

Las Proteínas Argonaute Son Determinantes Clave De La Eficacia De RNAi, La Toxicidad Y Persistencia En El Hígado Del Ratón Adulto

sobreexpresión de shRNA vectores virales para terapia génica puede provocar citotoxicidad que conduce a la insuficiencia de órganos y la letalidad en ratones y ratas. Este proceso implica probable saturación de endógenos celulares factores RNAi incluyendo exportin-5 (Xpo-5). En este caso, hemos demostrado que la sobreexpresión de Xpo-5 mejora de la eficiencia shRNA en el hígado de ratones adultos, pero aumentó la hepatotoxicidad. Se identificaron los 4 miembros de la Argonauta humano (atrás) de la familia de proteínas como factores intermedios que intervienen en la saturación de RNAi endógena celular, todos los cuales fueron capaces de interactuar con shRNAs en las células y ratones. En estudios Hace coexpresión / ARNhc, Hace-2 (Slicer) fue el principal limitante de la velocidad determinante de tanto in vitro como in vivo ARNi eficacia, toxicidad y persistencia. En los ratones adultos, basado en vectores Ago-2/Xpo-5 coexpresión mayor U6 impulsada por el silenciamiento de los objetivos de shRNA hepáticas exógenos y endógenos, hepatotoxicidad reducida y prolongado de estabilidad RNAi por más de 3 meses. El uso de débiles ARN polimerasa III promotores para reducir al mínimo la expresión de shRNA asimismo aliviar la toxicidad in vivo y permitió caída superior al 95% persistente de virus de la hepatitis B y otros transgenes en el hígado del ratón durante más de 1 año. Nuestros estudios corroboran que abundan los pequeños RNAs pueden sobrecargar el RNAi vía endógena y revelar las posibles estrategias para la reducción de la hepatotoxicidad de corto y largo plazo, el silenciamiento de genes clínica en seres humanos.

Estabilidad Termodinámica De Los RNAs Pequeños Horquilla Altamente Influye En El Proceso De Carga De Diferentes Mamíferos Argonautas

Los microARNs y siRNAs interactuar con secuencias diana de ARNm, que induce la escisión-y no-división basada en la represión de genes a través del complejo de ARN inducida por silenciar (RISC), que consiste en una de las cuatro proteínas Argonaute mamíferos, AGO1-Ago4. El proceso de cómo ARN Dicer sustrato pequeñas horquilla (shRNAs) se cargan en diferentes Agos mamífero in vivo no está bien establecida. Aquí mostramos que shRNAs se cargan en Agos mamíferos en dos procesos paso a paso, la asociación física y la activación, siendo este último el paso limitante en noncleaving RISC. Se establece que, aunque ARN dúplex transformados a base de shRNAs se unen a Agos en células con afinidad similar, el grado en que los complejos se activan (junto con la eliminación de la hebra de pasajeros) se correlaciona con la inestabilidad termodinámica de ARN dúplex que se carga en lugar de la estructura del ARN, como se demostró previamente en Drosophila. Curiosamente, Hace carga de siRNAs es menos sensible a la termoestabilidad que la de sus equivalentes ARNhc. Estos resultados pueden tener implicaciones importantes para el futuro diseño de terapias basadas en el ARNi.

Cuando Las Redes Celulares Se Salen De Control: La Desregulación Global De La Maquinaria De RNAi En Patología Humana Y Terapia

ARN de interferencia (ARNi) es un conservadas evolutivamente mecanismo celular fundamental del gen de la potente y regulación del genoma, cuyo malfuncionamiento se asocia con numerosas patologías humanas importantes, desde trastornos metabólicos e infecciones virales y cáncer. En los últimos 5 años, la evidencia convincente de que se ha acumulado esta asociación es proporcionado por desregulaciones específicas de mi (CRO) ARN y la expresión aberrante de que siguió sus genes diana. Por otra parte, una serie de interesantes reportajes ha añadido ahora la prueba de que los trastornos humanos son también con frecuencia se caracteriza por alteraciones globales en la maquinaria de RNAi, que comprende la expresión irregular y en función de la proteína clave jugadores Drosha, DGCR8 y Exportin-5, Dicer, TRBP y Argonauta . En este sentido, revisar exhaustivamente estos hallazgos que surgen en los contextos específicos de cáncer e infecciones con patógenos virales y, además, describir las observaciones relacionadas en el pre-clínicos de genes / estudios de terapia RNAi. Por último, también a fondo sobre la relevancia de estos resultados para el futuro de la investigación básica RNAi, así como para la traducción clínica de la amenaza de las tecnologías basadas en el ARNi y conceptos terapéuticos.

La Dosis Puede Lograr Que El Veneno: Lecciones Aprendidas De Adversa En La Toxicidad in Vivo ARNi Causados ​​por Sobreexpresión

RESUMEN: Durante los últimos cinco años, se ha acumulado evidencia que el vector-mediado robusta interferencia de ARN (RNAi), la expresión puede provocar efectos secundarios graves en los animales pequeños y grandes, a partir de la tumorigénesis la citotoxicidad y la aceleración de la insuficiencia de órganos y la muerte. Las nociones recurrentes en estos estudios que un parámetro crítico es la fuerza de expresión RNAi y que Exportin-5 y las proteínas Argonaute se limitante de la velocidad de mamíferos ARNi, implican fuertemente dependiente de la dosis de saturación de la vía miARN endógeno como uno de los mecanismos subyacentes. Este minirevisión resume el trabajo y los datos pertinentes que conduzcan a este modelo interesante y pone de manifiesto posibles vías por la cual para aliviar la toxicidad inducida RNAi en las futuras aplicaciones clínicas.

El Destino La Localización De Los Hepatocitos Maduros En La Homeostasis Y La Regeneración De Hígado De Ratón

La evidencia reciente ha contradicho la opinión predominante de que la homeostasis y la regeneración del hígado de un adulto están mediadas por la duplicación del mismo linaje restringido los hepatocitos y las células del epitelio biliar. Estos nuevos datos sugieren que las células progenitoras hepáticas no funcionan únicamente como un sistema de copia de seguridad en una lesión crónica del hígado, sino que también producen los hepatocitos después de una lesión aguda y de hecho son la principal fuente de nuevos hepatocitos durante el recambio de hepatocitos normales. Además, otras evidencias sugieren que los hepatocitos son capaces de conversión de linaje, actuando como precursores de las células del epitelio biliar durante la lesión biliar. Para probar estos conceptos, hemos generado un hepatocito el destino trazado de modelo basado en la cronometrada y específica expresión de la recombinasa Cre y la activación del gen marcador en todos los hepatocitos de adultos Rosa26 reportero ratones con un vector viral adenoasociados. Hemos encontrado que los hepatocitos recién formadas derivadas de hepatocitos ya existentes en el hígado normal y que las células progenitoras hepáticas contribuido mínimamente a la regeneración de hepatocitos aguda. Además, no encontramos evidencia de que la lesión biliar inducida por la conversión de los hepatocitos en células epiteliales biliares. Estos resultados, pues, devuelve los paradigmas imperantes con anterioridad de la homeostasis y la regeneración del hígado. Además, nuestro sistema nuevo vector será una herramienta valiosa para la oportuna y eficiente, y el lazo específica de secuencias de floxed en los hepatocitos.

Determinantes De Expresión De Proteínas Argonaute Mamíferos En La Mediación De Silenciamiento Génico

ARN de interferencia se produce por dos procesos principales: el ARNm específico del sitio de escisión y la no-división basada en la degradación del ARNm o la represión de la traducción. Específica de sitio de escisión se lleva a cabo por Argonaute-2 (Ago2), mientras que las cuatro proteínas de mamíferos Argonaute (AGO1-Ago4) puede llevar a cabo no escisión mediada por la inhibición, lo que sugiere que AGO1, Ago3 y Ago4 pueden tener funciones similares pero potencialmente redundante . Se ha observado que en los tejidos de mamíferos, la expresión de Ago3 y Ago4 es drásticamente menor en comparación con AGO1, sin embargo, una optimización de los Ago3 y Ago4 secuencias codificantes para incluir sólo el codón más común en cada posición del aminoácido fue capaz de aumentar la expresión de Ago3 y Ago4 a niveles comparables a la de AGO1 y Ago2. Por lo tanto, se examinó si las características particulares de secuencias existen en la región de codificación de Ago3 y Ago4 que puede impedir que un alto nivel de expresión. Intercambio de subregiones específicas de la secuencia Hace de tipo salvaje y optimizado identificada la parte de la región codificante (nucleótidos 1-1163 de Ago-3 y 1-1494 de Ago-4) que es más influyente para la expresión. Este hallazgo tiene implicaciones para la conservación evolutiva de las proteínas de atrás en la linaje de los mamíferos y el papel biológico que las proteínas potencialmente Hace redundantes pueden tener.

ARN Celular Mecanismos De Interferencia. Prefacio

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