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核酶在基因治疗中的研究进展

来源:现代诊断与治疗
摘要:摘要:80年代初,由美国科学家Cech和Altman发现了核酶(Ribozyme),随着人类基因工程研究的深入,部分临床实验室工作者和基础科学研究人员开始注意到Ribozym在基因治疗中的应用潜力。近几年来,人们利用Ribozyme可以特异性地切割靶RNA序列的特点,设计适合的Ribozyme阻断特定基因的表达,相继对艾滋病、肿瘤、生殖系统疾......

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  摘要:80年代初,由美国科学家Cech和Altman发现了核酶(Ribozyme),随着人类基因工程研究的深入,部分临床实验室工作者和基础科学研究人员开始注意到Ribozym在基因治疗中的应用潜力。近几年来,人们利用Ribozyme可以特异性地切割靶RNA序列的特点,设计适合的Ribozyme阻断特定基因的表达,相继对艾滋病肿瘤、生殖系统疾病、肝炎、白血病、移植排斥反应等疾病进行了大量研究。试验结果表明Ribozyme作为基因治疗的一种方法有着广阔的应用前景和极大的临床实用价值。

  分类号:Q522 文献标识码:A

   文章编号:1001-8174(2000)03-0152-03

Advance in Study of Gene Therapy by Ribozyme

HOU Hua

  (Shanghai Institute of Biochemistry,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200031,China)

  核酶(Ribozyme)是一种具有核酸内切酶活性的RNA分子,可特异性地切割靶RNA序列。迄今,人们发现的核酶有六种类型,即1类内含子、RNaseP、锤头状核酶、发夹状核酶、丁型肝炎核酶及VS核酶,但从结构上看主要分为两大类[1]:锤头状核酶和发夹状核酶。锤头状核酶长约30个核苷酸,由三个碱基配对的螺旋区、两个单链区和膨出的核苷酸构成。该酶可分为3个部分,中间是以单链形式存在的13个保守核苷酸和螺旋Ⅱ组成的催化核心,两侧的螺旋Ⅰ/Ⅲ为可变序列,共同组成特异性序列,决定核酶的特异性。发夹状核酶切割活性所需最小长度为50个核苷酸,其中15个是必需的。该酶由4个螺旋区(H)和数个环状区(J)组成 。螺旋Ⅰ、Ⅱ 的主要功能是与靶序列结合,决定核酶切割部位的特异性,螺旋Ⅲ配对碱基及其3′端的未配对碱基均为切割活性所必需。核酶的作用原理为核酶的特异性序列通过互补碱基对形成识别并结合特异性靶RNA,根据这一特性可以人工设计针对某一RNA的核酶分子,破坏病毒转录产物而对机体无害,将针对多个位点的核酶序列串连成一个多靶位核酶分子可以大大提高切割效率,达到治疗目的。因为其独特的优点:(1)序列特异性;(2)不编码蛋白质,无免疫原性;(3)可以重复使用。使其在基因治疗领域中倍受青睐,其研究进展也相当迅速。

  基因治疗是目前分子水平研究领域中的一个热点,即将具有正常功能的基因置换或增补患者体内缺陷的基因,从而达到治疗目的。经过国内外科学家十余年的努力,基因治疗已从实验室研究阶段过渡到临床试用阶段,其治疗范围已从过去的单基因疾病扩大至多基因疾病,治疗病种涉及面广,目前成为临床治疗一种很有潜力的新方法。

  1 核酶在抗HIV中的研究进展

  HIV可分为HIV-1和HIV-2,至少可以编码9种蛋白,研究者从不同角度选择合适的靶基因。HIV的PBS(Primer binding site)是一个18核苷酸序列和tRNA的3′末端互补。实验分析展示这段序列是一段高度保守序列,Amer等[2]针对这段序列设计了锤头状核酶,抑制了HIV-1在体内的复制,5′端引导序列是一个诱导区域,对所有HIVRNA的转录和翻译都十分重要。通常在此位置剪切产生5′片段,可竞争抑制HIV的复制和转录。Weersinghe等[3]以此为靶位点,设计了不同的核酶,使HIV-1的表达下降达95%。Phylactou等[4]在ф位点设计剪切位点,此位点是HIV的包装序列,使P24表达水平下降80%~90%。Westaway等[5]设计锤头状核酶剪切U5 破坏HIV的翻译,U5区是连接mRNA帽状结构的起始区,此实验取得理想的结果。Wang等[6]相继报道了抗HIV-1新的核酶靶位点:nef开放读码框,细胞内的研究结果表明,核酶可在逆转录开始和原病毒DNA整合前发挥有效作用。因此认为nef开放读码框是核酶抗HIV-1感染的新的有效靶位点。HIV-1tat基因是反式激活基因,对HIV的复制至关重要,Konopka等[7]针对tat基因的编码区设计锤头状核酶RZ2,将其克隆到逆转录病毒载体中,转染到人外周血T淋巴细胞,检测RZ2的活性,实验证明此核酶有效抑制HIV-1ⅢB的复制。

  为提高核酶的切割效率,对设计合成后的核酶可采用体外修饰,通常对2′-OH进行修饰。实验证明其体外活性可提高6倍,稳定性提高2倍。据报道国外一些实验室已设计出第二代核酶,针对靶RNA分子的不同位点进行破坏,大大提高核酶的剪切效率。Chen等设计了9位点核酶,Sun等设计了3位点核酶抑制HIV-1的转录。Alessandro等[8]在前体RNA被剪切和转运到细胞质之前,设计特异性的核酶并将其插入剪接体U1小核RNA(SnRNA)中,其衍生物和反向mRNA5′端剪切位点互补,在人类T细胞系中测试该核酶的活性。结果显示该核酶抑制HIV-1在细胞内的转录,并使P24表达水平大大降低。Koizumi等[9]设计了三种核酶,一个发夹状核酶HR112,两个锤头状核酶RZ115和RZ119,分别导入CEM细胞系中,特异性地切割HIV-1RNA长末端重复序列(Long terminal repeat,LTR)的U5区,结果显示此三种核酶具有抗HIV-1ⅢB的作用,且HR112和RZ119有极强的抗HIV-1感染作用。

  2 核酶在抗生殖道感染的研究进展

  尖锐湿疣(Condyioma accuminatum)又称生殖道疣,是一种由人乳头瘤病毒(HPV)引起的性传播疾病。近30年来,其发病率持续增高,已鉴定的HPV有70多

作者: 侯化金由辛 2004-9-24
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