本文所述方案使研究人员能够通过简单的化学方法在特定位置特异性修饰腺病毒衣壳。可由此生成被屏蔽的腺病毒载体颗粒和重定向基因转移载体,并可用于研究载体与宿主之间的相互作用。
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本文所述方案使研究人员能够通过简单的化学方法在特定位置特异性修饰腺病毒衣壳。可由此生成被屏蔽的腺病毒载体颗粒和重定向基因转移载体,并可用于研究载体与宿主之间的相互作用。
腺病毒载体是基因疫苗接种和溶瘤病毒治疗的有力工具。然而,它们在多次使用后尤其容易引发多种非预期的载体-宿主相互作用,特别是 体内 递送。目前普遍认为,只有对载体表面进行明确的修饰,才能克服由非预期的载体-宿主相互作用所带来的限制。这些修饰包括通过引入新的配体来屏蔽颗粒以避免非特异性相互作用,并实现靶向递送。本方案的目标是使读者能够制备出具有屏蔽功能、并可根据需要实现重靶向的人源腺病毒基因转移载体或溶瘤病毒。该方案将使研究人员能够通过特异性化学连接合成聚合物、碳水化合物、脂类或其他生物或化学分子,对腺病毒载体衣壳表面进行修饰。本方案描述了前沿的遗传与化学衣壳修饰联合技术,该技术已被证明有助于深入理解并克服腺病毒在应用中所面临的递送屏障 体内 腺病毒载体的递送。本文提供了对执行涉及生物活性病毒或病毒衍生载体的特定化学反应的关键步骤进行详细且附有评注的描述。该方案所描述的技术基于将(天然缺失的)半胱氨酸残基通过遗传手段引入腺病毒衍生载体的溶剂暴露环区。这些半胱氨酸残基在载体以高滴度生产后,可提供特异性的化学反应活性,从而实现多种不同物质类别分子与载体颗粒之间高效且高度特异的共价化学偶联。重要的是,该方案可轻松调整,用于对腺病毒载体衣壳进行多种不同的(非巯基依赖型)化学修饰。最后,基于本方案,有望对除腺病毒外的其他非包膜病毒载体系统进行类似的改造。
腺病毒(Ad)属于腺病毒科(Adenoviridae),是一类无包膜的DNA病毒,迄今已鉴定出70多种类型(http://hadvwg.gmu.edu)。根据其血凝特性、基因组结构及测序结果,这70种腺病毒可分为七个种(人类腺病毒A至G)1,2。人类腺病毒基因组大小为38 kb,由二十面体核衣壳包裹3。由于含量丰富,衣壳蛋白六邻体(hexon)、五邻体基底(penton base)和纤维蛋白(fiber)均被称为主要衣壳蛋白。其中含量最丰富且分子量最大的六邻体蛋白构成20个衣壳面,每个面由12个六邻体同源三聚体组成4,5。位于每个二十面体顶点的五邻体由五邻体基底的五聚体构成,是顶点突起的基部结构,该突起由糖基化的纤维蛋白三聚体构成5,6。腺病毒进入宿主细胞的过程主要包括两个关键步骤。第一步,纤维蛋白的 knob 结构域与细胞表面的初级受体结合;在A、C、E和F种腺病毒中,该受体为柯萨奇病毒与腺病毒受体(coxsackie and adenovirus receptor, CAR)。这一相互作用使病毒颗粒靠近细胞膜表面,从而促进细胞表面整....
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注意:以下详细描述了一种用于腺病毒载体的基因-化学法聚乙二醇化(PEGylation)的实验方案。为了实现PEG基团的特异性偶联,此前已通过在Ad5载体的六邻体蛋白高变区环5(hypervariable loop 5)中引入半胱氨酸残基的方式对其进行遗传修饰(如先前发表的研究36所述),并采用马来酰亚胺活化的PEG化合物作为偶联试剂。
1. 通过CsCl阶梯梯度纯化载体的缓冲液制备
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图2展示了在293(HEK 293)细胞上出现的细胞病变效应(CPE)示例,表明载体已成功产生。在用病毒载体接种后40-48小时,细胞应显示出相应的形态学变化(图2C)。收获时间点的选择至关重要,过早会导致病毒颗粒因细胞裂解而丢失,同时也会防止基因引入的巯基发生氧化。若病毒颗粒因细胞裂解而释放到培养基中,基因引入的巯基将几乎立即被氧化,从而难以进行纯化和化学修饰。
图3展示了典型的CsCl条带。在化学修饰前进行不连续CsCl梯度离心的目的是去除病毒颗粒中的细胞碎片。化学修饰本身可在CsCl中进行。化学修饰后的第二次梯度离心则用于去除过量的(未反应的)偶联基团。需要注意的是,病毒是否成功修饰无法通过梯度结果直接观察,需进一步进行分子分析,理想方法为SDS-PAGE。
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通过基因引入的半胱氨酸进行化学修饰的效率通常为80-99%,且某些变量会影响该效率。首先,必须确保基因引入的半胱氨酸不会发生过早氧化。尽管在生产细胞的还原性环境中能得到良好保护,但在从生产细胞释放病毒载体颗粒后以及化学修饰过程中,必须提供非氧化性环境。为此,可使用浓度为0.1-10 mM的还原剂,且必须选用不含巯基的还原剂,以避免其与马来酰亚胺活化的化合物发生快速反应。其次,当使用马来酰亚胺活化化合物时,偶联反应的pH不应超过7.35,因为pH高于7.4会降低反应的特异性。第三,在任何情况下,反应均应使用无胺缓冲液(例如 HEPES、PBS)。值得注意的是,含半胱氨酸的病毒载体颗粒可按前述方法通过两次CsCl梯度离心进行纯化,随后储存于含10%甘油的HEPES缓冲液中,以待化学修饰。在此情况下,应使用0.1-1 mM TCEP作为还原剂,或更优地,将载体储存在氩气环境中。可使用带盖的充氩塑料容器实现此目的。此外,偶联至衣壳的化合物的流体动力学直径及其偶联位点也会影响修饰效率。衣壳中许多衣壳蛋白亚基(如纤维蛋白、六邻体)以三聚体形式存在,或(如五邻体基底)以五聚体形式存在。因此,根据基因引入半胱氨酸的位置,连接在一个单体.......
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作者无任何利益冲突需要披露。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 载体纯化与化学修饰 | |||
| 氩气 | Air liquide | 本地气体供应商 | |
| 液氮 | Air liquide | 本地气体供应商 | |
| 500 mL 离心管 | Corning | 431123 | |
| Stericup Express Plus 0.22 µm | Millipore | SCGPU02RE | |
| 三(2-羧乙基)膦(TCEP) | Sigma-Aldrich | C4706-10g | |
| 2 mL(3 mL)Norm Ject(注射器) | Henke Sass Wolf | 4020.000V0 | |
| 一次性细针头(黄色 0.9 × 40 mm) | Henke Sass Wolf | 4710009040 | |
| 氯化铯 99.999% 超纯级 | Roth | 8627.1 | |
| 硅胶珠 | Applichem | A4569.2500 | |
| 甲氧基聚乙二醇马来酰亚胺-750(PEG mal-750) | Iris Biotech | 置于硅胶珠中于 -80 °C 保存 | |
| 13.2 mL 超透明超速离心管 | Beckman Coulter | 344059 | 仅可在通风橱中开启 |
| PD-10 尺寸排阻层析柱 | GE Healthcare | 17-0851-01 | 4 °C 保存 |
| Hepes | AppliChem | A1069.1000 | |
| SDS 超纯级 | AppliChem | A1112,0500 | |
| 甘油 | AppliChem | A1123.1000 | |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 细胞培养材料 | |||
| DPBS | PAN Biotech | P04-36500 | |
| DMEM | PAN Biotech | P04-03590 | |
| 胰蛋白酶/EDTA | PAN Biotech | P10-0231SP | |
| 优质胎牛血清(FBS Good) | PAN Biotech | P40-37500 | |
| 青霉素/链霉素 | PAN Biotech | P06-07100 | |
| Biosphere 滤芯吸头(多种规格) | Sarstedt | ||
| 血清移液管(多种规格) | Sarstedt | ||
| 反应管(多种规格) | Sarstedt | ||
| TC 培养皿 15 cm | Sarstedt | 83.3903 | |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 银染实验材料 | |||
| 甲醇 | J.T.Baker | 8045 | |
| 无水乙醇 | AppliChem | 1613,2500PE | |
| 乙酸 | AppliChem | A0820,2500PE | |
| 甲醛 37% | AppliChem | A0877,0250 | |
| 无水乙醇 | AppliChem | A1613,2500PE | |
| 硫代硫酸钠 | AppliChem | 1,418,791,210 | |
| 硝酸银 | AppliChem | A3944.0025 | |
| 碳酸钠 | AppliChem | A3900,0500 | |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 特殊实验设备 | |||
| 干燥器 | Nalgene | 5311-0250 | |
| Megafuge 40 | Heraeus | ||
| Megafuge TX750 转子及适配器与 500 mL 管盖 | Heraeus | ||
| 水浴锅 | 常规 | ||
| 超速离心机 例如 Optima XPN-80 | Beckman Coulter | ||
| 适配的超速离心转子 例如 SW41 | Beckman Coulter | ||
| pH 计 | 常规 | ||
| 带夹子的支架 | 常规 | ||
| 鹅颈灯 | 常规 | ||
| 顶置式搅拌器 | 常规 | ||
| 恒温金属浴 | 常规 | ||
| 分光光度计(OD 260) | 常规 |
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