慢病毒载体的构建,Gateway to lentiviral vector,-,献给勇敢的斗士,January 2007,慢病毒载体的构建-献给勇敢的斗士,Introduction,慢病毒（,Lentiviruses,）,属于逆转录病毒科。慢病毒核蛋白质前整合复合物具有噬核特性，病毒基因组运输至细胞核，从而使慢病毒可以感染和在非有丝分裂细胞中复制。这一特性使慢病毒成为基因治疗的转移载体。,HIV,（,Human immunodeficiency virus,）,、,EIAV,（,Equine infectious anemia virus,）,、,FIV,（,Feline immunodeficiency virus,）,、,SIV,（,Simian immunodeficiency virus,）,。其中研究最多最为透彻的是,HIV,。,Introduction 慢病毒（Lent,Lentiviruses,life cycle,慢病毒通过病毒衣壳糖蛋白与细胞膜上的特异受体结合而进入易感靶细胞。一旦与细胞膜上的特异受体结合，慢病毒膜和细胞膜融合后病毒核心释放入细胞浆里。病毒,RNA,逆转录合成双链线性,DNA,而转运之细胞核。线性病毒,DNA,永久性的整合入染色体,DNA,（宿主基因组）中，形成前病毒，成为永久的遗传成分，在细胞周期中与靶细胞基因一样进行复制，转给子代细胞。前病毒,DNA,转录成,RNA,后再转运至胞浆，在胞浆里,RNA,翻译成病毒蛋白。病毒前结构蛋白和复制酶与病毒,RNA,组装成新的病毒核心，从包装细胞获得病毒包膜蛋白后以出芽的方式从细胞膜上释放出。病毒前结构蛋白经进一步处理而最终形成成熟的具有感染性的子代病毒颗粒。这些特性是慢病毒成为基因治疗转运工具的重要原因。,Mitrophanous K,Gene Ther 5(11):14811487(1999),Lentiviruses life cycle 慢病,Lentiviral Vector SystemsUnder Development,Primate,Human immunodeficiency virus(HIV),Simian immunodeficiency virus(SIV),Non-primate,Feline immunodeficiency virus(FIV),Equine infectious anemia virus(EIAV),Lentiviral Vector SystemsUnde,The outline of this ppt,接下来将以,HIV,为例从以下方面说明慢病毒载体构建方面的基础知识：,一,.HIV-1,life cycle,二,.HIV-1,基因结构和病毒颗粒结构,三,.,载体系统构建的基本原理,四,.,载体系统的设计,五,.,包装系统的设计,-,HIV-1-Derived lentiviral vector production,concentration&titration,1.HIV-1-Derived lentiviral vector production&titration,2.HIV-1 Vector Production-Supernatant recoveries&concentrat,六,.The difference of Packaging Cells for LVV with other retroviruses,七,.The Development of LV Vectors,八,.Advantages and Disadvantages of Lentiviral vectors,九,.The comparison of Lentiviral vectors with other vectors,The outline of this ppt 接下来将以,一,HIV-1,life cycle,一 HIV-1 life cycle,二,HIV-1,基因结构,gag,-,群抗原基因，编码核心蛋白,p24,pol-,多聚酶基因，编码多聚酶；,env-,包膜蛋白基因，编码包膜蛋白,gp120,及,gp41,；,tat-,基因反式激活因子对,HIV-1,基因其正调控作用,rev,-,病毒蛋白表达调节因子，能增加,gag,和,env,基因对结构蛋白的表达,vif,-,病毒感染因子,其作用是在一些细胞因子的协下促进,HIV-1,在细胞内复,Vpr,-R,蛋白能使,HIV,在巨噬细胞中增殖,vpu,-U,蛋白，能促进,HIV,从细胞膜上释放,nef,-,负因子，具有抑制,HIV-1,增殖作用,二 HIV-1基因结构 gag,-群抗原基因,二,HIV-1,病毒颗粒结构,二 HIV-1病毒颗粒结构,三 载体系统构建的基本原理,HIV-1,基因组中如包装信号、长末端重复序列的顺式作用元件与编码反式作用蛋白的序列进行分离。即从病毒基因组中将反式,gag,pol,and env,基因,(,其他辅助基因省去,),从病毒中分离出而用我们感兴趣的外源性目的基因代替，剩下的顺式作用元件在病毒复制周期中,-,逆转录、整合、转录和包被,-,可以被其它病毒或细胞蛋白识别。,Fig.1,慢病毒载体的顺式作用元件,三 载体系统构建的基本原理 HIV-1基因组中如包装信号、长,四 载体系统的设计,慢病毒载体系统由三种不同的组成部分：,包装结构、转移载体成分和包膜蛋白成分（,Env,表达结构）。,包装部分,由去除了包装、逆转录和整合所需的顺式作用元件的,HIV-1,基因组而构建,能反式提供产生病毒颗粒所需的蛋白,;,载体部分,与包装成分互补,仅含有包装、逆转录和整合所需的,HIV-1,顺式作用元件,同时具有异源启动子控制下的,MCS,及在此位点插入的目的基因。,三种表达结构均以细菌质粒的形式保存,，能转染到哺乳动物细胞内产生复制缺陷性病毒原种。为降低包装成分和载体成分同源重组产生有复制能力的慢病毒,(RCL),的可能性,将包装成分的,5LTR,换成巨细胞病毒,(CMV),立即早期启动子,3LTR,换成猿猴空泡病毒,40,（,SV 40,）,polyA,位点等，,而将包装成分分别构建在两个质粒上,即一个表达,gag,和,po l,、另一个表达,env,。以,HIV-1,为基础的慢病毒载体而言，病毒颗粒的核心和酶成分来自于,HIV-1,而包膜蛋白来自于异源性病毒,大多是水泡性口炎病毒,(VSV-G),四 载体系统的设计慢病毒载体系统由三种不同的组成部分：包装结,Components of the lentiviral system,Expression vector,Packaging,vector,Envelop/Host,Range vector,Components of the lentiviral s,五,包装系统的设计,-,HIV-1-Derived lentiviral vector production,concentration&titration,重组慢病毒的产生：,瞬时转染法，即将包装结构和载体结构瞬时共转染法如,293T,高表达细胞系而产生重组慢病毒。此法非常成功，大多实验室采用此法。包膜质粒、包装质粒与载体质粒共转,(,多用磷酸钙共沉淀法,),染,293T,细胞直接产生生产细胞。最后重组慢病毒分泌到培养基中进行培养而得到大量载体慢病毒。,例如用以下三质粒来包装产生重组慢病毒：,VECTOR,CONSTRUCT,PACKAGING CONSTRUCT,ENVELOPE,CONSTRUCT,五 包装系统的设计 -HIV-1-D,1.HIV-1-Derived lentiviral vector production&titration,Packaging Construct,Transfer Vector Construct,Envelope Construct,Tri-Transfection,(CaPO,4,),293T,cells,Pseudoparticles Recovery,(filtration 0.45m,),Supernatants,at 48h and 72h p.t.,Concentration by,Ultracentrifugation,Vector Titer Determination,Transduced Cells,Virions,FACS,(TU/ml),qPCR SybRGreen,(proviral DNA/cell),p24 ELISA,(ng p24/ml),All plasmids contain,a SV40 replication origin,-Episomal status,IP,PP,1.HIV-1-Derived lentiviral ve,2.HIV-1 Vector Production,Supernatant recoveries&concentration,293T,producer cells,D0,Tri-transfection,D1,Medium,exchange,D2,&,D3,Supernatant,harvests,Filtration,0.45m,Concentration by,ultracentrifugation,D3 supernatants,SW28,Pool 2,1,2,Aliquots,D2 supernatants,SW28,Pool 1,1,2,Store at 4C,Aliquots,3,SW55,Pool 1,&,Pool 2,Pool 3,Aliquots,In the evening,2.HIV-1 Vector Production 293T,六,The difference of Packaging Cells for LVV with other retroviruses,六 The difference of Packaging,七,The Development of LV VectorsThe 1st Generation,CMV(cytomegalovirus)immediate-early enhancer/promoter,VSV-G(Vesicular stomatitis virus glycoprotein envelope),A cellular polyA was used to replace the 3 LTR,vpu from HIV was deleted,七 The Development of LV Vecto,The Development of LV VectorsThe 2nd Generation,Biosafety issue:,Additional accessory genes were deleted(,vif,vpu,vpr,and,nef,),The generation of RCL(replication competent lentiviruses)was reduced,The Development of LV Vectors,The Development of LV VectorsThe 3rd Generation,Self-inactivating(SIN)vectors,Further improvement in biosafety,Tat was deleted,Rev was put into a separate plasmid,U3 of the 5 LTR was replaced by the CMV IE promoter/enhancer,The possibility of generating RCL is further reduced,The Development of LV Vectors,八,Advantages and Disadvantages of Lentiviral