腺病毒表达系统

质粒型表达载体病毒型表达载体真核生物细胞常用的表达载体腺病毒表达载体逆转录病毒表达载体昆虫杆状病毒表达载体第一页，共四十五页。病毒表达系统的特点高转染效率高蛋白表达水平对转染效率很低的细胞进行高效转染(原代细胞等)稳定,可遗传的表达(逆转录病毒)可控制拷贝数第二页，共四十五页。如何选择合适的病毒表达载体？可适用的宿主细胞类型选择标记插入片段的大小调控元件报告基因第三页，共四十五页。病毒表达载体的用途基因治疗1990年French等把腺嘌呤脱氨酶基因导入到一名4岁小女孩的T淋巴细胞中治疗了腺嘌呤脱氨酶基因缺失病,开创了人类利用人体基因治疗疾病的先例。1992年复旦大学薛京伦等首次把人凝血因子Ⅸ基因成功用于治疗血友病。2005年第一个批准上市的基因治疗制品Adv-P53在中国上市。病毒载体疫苗第四页，共四十五页。重组腺病毒的作用

在哺乳动物细胞中，AdV已被成功应用于表达各种病毒和细胞的基因，腺病毒表达载体系统表达出蛋白的生物化学特性，可用于商业价值的开发，它可用来生产亚单位疫苗，和新型诊断试剂盒的开发。AdV可以通过转染细胞来表达蛋白，除基因治疗的相关实验外还可用做体内特性研究。第五页，共四十五页。被注射Ad5.CMV-LacZ的大鼠脊髓纯化腺病毒的电子显微照片被注射Ad5.CMV-GFP的大鼠纹状体的切片第六页，共四十五页。用AdV转染基因的优点速度快，简单，不需要任何特殊的装备。相对其它方法，它非常容易被接受。事实上，这种感染后细胞生存率几乎为100%。因此，AdV有向细胞内转染遗传物质而忽视毒性作用的能力。许多细胞类型均可被转染。感染后的数小时，基因表达便可被分析。刺激后，可有一种以上的基因被同时表达。第七页，共四十五页。腺病毒颗粒比较稳定,病毒基因组较少发生重排。插入外源基因的病毒基因组在连续传代中一般保持不变。腺病毒基因组较易操作。制备大量的腺病毒较为容易。可感染分裂细胞和非分裂细胞。rAds可转导肺细胞、肝细胞、骨细胞、血管、肌肉、脑、中枢神经系统等。重组腺病毒表达系统第八页，共四十五页。重组腺病毒表达系统通过对本体蛋白的同样的翻译后的修饰，在细胞中表达真核蛋白。一系列腺病毒转换因素允许产生高水平的异种蛋白。重组蛋白代表了整个细胞蛋白的最丰富的多肽（20%-30%）。在较好的条件下，表达系统在数升的293细胞悬浮培养液中可以按比例地增加，产量可达90mg/L。第九页，共四十五页。腺病毒表达系统第十页，共四十五页。腺病毒属于无包膜病毒,外壳由240个六邻体和12个五邻体构成二十面体结构,内部有约36kb的线性双链基因组,属于DNA病毒。外壳的五邻体分别位于二十面体结构的顶角、均有一个纤突蛋白(fiber)突起与其相连,腺病毒的组织亲合性与纤维蛋白头部密切相关。腺病毒的特性第十一页，共四十五页。

腺病毒基因组编码数十个腺病毒的结构和功能蛋白,分为早期表达和晚期表达。早期表达的蛋白是功能蛋白、晚期表达的有功能蛋白和结构蛋白,并且早期的功能蛋白调控晚期蛋白的表达。早期表达的Ｅ1区蛋白(甚至包括Ｅ2区蛋白)是腺病毒基因组复制、病毒包装和其他蛋白表达翻译所必需的,但其对细胞的毒性也是很强的。E2蛋白涉及AdDNA复制,E3蛋白对抗宿主的抗病毒防御系统,E4调节有效的晚期基因转录。腺病毒的基因及其功能第十二页，共四十五页。腺病毒感染细胞的第一步是通过纤突蛋白与细胞表面柯萨奇病毒和腺病毒受体(CAR)结合。腺病毒粘附后,五邻体蛋白上的精氨酸-谷氨酸-天门冬氨酸（ＲＧＤ)与细胞表面的整合素αｖβ3和αｖβ5结合并相互作用使病毒进入细胞。

病毒的受体与入侵细胞的过程第十三页，共四十五页。第一代腺病毒载体中,Ｅ1、Ｅ3基因表达盒已经去除了,这样可以插入长约8kb的外源DNA。去除Ｅ1区还有一个优势,就是阻止了依赖Ｅ1区和Ｅ2区功能蛋白的转录和随后病毒DNA的复制及病毒外壳蛋白的产生。Ｅ1区缺失的腺病毒可以在能够反式提供Ｅ1区基因蛋白的293细胞中得到增殖。第一代腺病毒载体第十四页，共四十五页。腺病毒基因组结构与载体改造HEK293cellshavebeenengineeredtoincludeAdenovirusE1a/E1bgenesE1a/E1bgenes(integratedinto293genome)allowreplicationandtranscriptionofAdenovirus第十五页，共四十五页。构建重组腺病毒

构建重组腺病毒的传统方法是以同源重组为基础的。其一用修饰的腺病毒DNA与穿梭载体在HEK293细胞中进行同源重组；通过Cre-loxP系统构建重组腺病毒载体，在转移质粒和包装质粒中都插入loxP位点，然后将两个质粒共转染表达Cre重组酶的哺乳动物细胞，通过Cre介导两个loxP位点之间的DNA发生重组，可获得重组腺病毒，这种重组效率比一般的细胞内同源效率高30倍。

更为流行的方法采用了穿梭载体与腺病毒质粒转化一种特殊的菌株(BJ5183)。然后从细菌中收集重组腺病毒，用其感染HEK293细胞。第十六页，共四十五页。第十七页，共四十五页。第十八页，共四十五页。第十九页，共四十五页。Adeno-XExpressionSystem第二十页，共四十五页。Adeno-XExpressionSystem第二十一页，共四十五页。

同源重组体外连接法ViralDNAPlasmid-based

制备穿梭载体和腺病毒载体7-14天7-14天2-3天目的基因从穿梭载体克隆到腺病毒载体--0-15天4天获得重组腺病毒14-21天17-22天4-7天噬斑纯化5-10天0-5天--总计26-45天24-56天10-17天构建重组腺病毒不同方法比较

第二十二页，共四十五页。Ad5腺病毒可感染的寄主人体各类组织的细胞，除造血细胞外多种哺乳动物细胞：第二十三页，共四十五页。Plate293cells@5x105/wellInfectcellsw/virusdilutionsHexonproteinsexpressedFixAddprimaryanti-hexonAbAddHRPconj.secondaryDevelopCountAdeno-XTMRapidTitrationKit第二十四页，共四十五页。简单的免疫染色方法整个过程只需48小时.而传统繁琐的方法需要2个星期才能完成对所有重组的Ad5病毒能实现准确而快速的滴度测定Adeno-XTMRapidTitrationKit的特点第二十五页，共四十五页。Adeno-XTMRapidAdenoviralpurificationSystem第二十六页，共四十五页。第二代腺病毒载体是病毒基因组的E2A区缺失,并突变或缺失E4区基因。这种载体装载容量有所增加(可达11kb),细胞毒性和免疫原性有所减弱,而目的基因的表达时间更长。第二代腺病毒载体第二十七页，共四十五页。一种研究方向：改造腺病毒囊膜表面五邻体纤维蛋白的结构。根据Adv5纤突蛋白结节区的结构特征,去除病毒与受体(CAR,柯萨奇2腺病毒受体)的亲和性,经特异性细胞结合分子模拟腺病毒纤突衣壳蛋白,使载体选择性靶向相应细胞,减少载体的非特异性感染及免疫反应。提高腺病毒载体的靶向特异性第二十八页，共四十五页。另一种改造策略：改造腺病毒的基因结构,置换上针对癌细胞的特异型启动子。如装上AFP启动子,使载体特异性感染肝癌细胞。提高腺病毒载体的靶向特异性第二十九页，共四十五页。宿主的免疫反应仍然是获得转基因长期表达和重复使用腺病毒载体的主要障碍。大量研究已证实,具有感染性的腺病毒载体本身就足以引起免疫反应。更为“复杂”的腺病毒载体就是第三代腺病毒载体,在其构建时去除了某些病毒基因,甚至是去除了全部的病毒基因。所谓的“空壳”载体起先只保留了ＩＴＲ和包装信号,且在产生中需要辅助病毒和合适的互补包装细胞,更需要进一步的纯化。第三代腺病毒载体第三十页，共四十五页。第三代新型重组腺病毒载体删除病毒基因中所有开放阅读框,仅含有必要的顺式元件(即ITR和邻近的包装信号序列),需要在辅助病毒存在情况下,在包装细胞中繁殖,其安全性很高。第三代腺病毒载体不但可容纳较大的外源基因(32kb),而且较容易获得高滴度(109pfu/ml)。第三代新型重组腺病毒载体第三十一页，共四十五页。腺病毒在寄主细胞中呈游离态，基因瞬时表达可侵染处于分裂期或非分裂期的寄主细胞高水平的蛋白质表达双载体系统的操作病毒的效价可达1012pfu/ml平均可插入8kb的外源片段长期、稳定的基因表达，可以遗传只能侵染分裂期的寄主细胞中度的蛋白表达水平单一载体操作病毒效价达106pfu/ml平均可插入6.5kb的外源片段腺病毒表达系统逆转录病毒表达系统Adeno-XVSRetrovirusExpressionSystem第三十二页，共四十五页。RetroviralExpressionSystem逆转录病毒表达系统第三十三页，共四十五页。Env、pol、gag为RNA病毒中控制复制和表达外膜蛋白的基因。重新构建的反转录病毒载体将去除gag、pol、env基因，并将它们整合到包装细胞株的基因组中。+是RNA病毒包装时的识别序列，保留在反转录病毒载体中。逆转录病毒载体的构建和改造第三十四页，共四十五页。逆转录病毒的包装过程第三十五页，共四十五页。Retro-XRetroviralExpressionVectors第三十六页，共四十五页。LRCXRetroviralExpressionVectors第三十七页，共四十五页。MSCVRetroviralExpressionSystem小鼠干细胞病毒表达载体造血细胞胚胎干细胞胚胎性癌细胞第三十八页，共四十五页。PantropicRetroviralExpressionSystem宿主范围广泛嗜性逆转录病毒表达系统第三十九页，共四十五页。为什么泛嗜性逆转录病毒的宿主范围如此广？外膜蛋白识别宿主细胞表面的受体VSV-G外膜蛋白不需识别宿主细胞表面的受体PackagecelllineGP2-293整合有gag-pol基因pVSV-G载体与pLXRN载体共转化第四十页，共四十五页。PantropicRetroviralExpressionSystemPackageCellLineGP-293

pLXRN

pVSV-G第四十一页，共四十五页。PantropicRetroviralExpressionVector泛嗜性逆转录病毒载体第四十二页，共四十五页。带GFP报告基因的