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Nucl. Acids Res.:朱焕章等首次利用ZFN技术证实一种HIV治疗策略的有效性

来源:复旦大学 2013-06-29 09:03

近日,复旦大学生命科学学院遗传工程国家重点实验室朱焕章课题组首次利用ZFN技术在HIV感染及潜伏感染细胞系上证实了一种治疗艾滋病病毒(HIV)策略的有效性,为彻底根除HIV开辟了一条新的途经。

该文发表在Nucleic Acids Res在线发表,相关工作亦已申请了中国专利。

艾滋病是由人类免疫缺陷病毒(HIV)感染而导致的一种传染性疾病。尽管,高效抗逆转录病毒治疗(HAART) 能显著改善HIV感染者的生存率,但该疗法并不能完全治愈病人,其重要原因是目前抗病毒药物仅能抑制HIV-1病毒的复制,并不能对感染的免疫细胞基因组中已整合的HIV前病毒DNA起作用。而整合的HIV前病毒DNA,不仅在感染细胞中被作为病毒基因转录的模板,而且,在潜伏感染细胞中也是病毒长期潜伏的基础以及病人停药后病毒再次反弹的根源。因此,如何靶向的清除整合在宿主靶细胞染色体上的HIV前病毒是目前HIV/AIDS治疗研究领域最富有挑战性的科学问题;倘若能使整合的HIV前病毒从宿主靶细胞基因组上缺失,那么,则可从根本上解决HIV/AIDS不能治愈的问题,实现“斩草除根”的梦想。

基于锌指蛋白核酸内切酶(ZFN)的基因编辑技术,由于其在对基因组的靶向修饰时表现出高度特异性和高效性,目前已被广泛应用于多种生物体内进行基因靶向修饰性研究,尤其是基于ZFN技术的多个临床试验方案已被美国FDA批准应用到病人的抗肿瘤或艾滋病的基因治疗研究。现有的基于ZFN技术的艾滋病基因治疗策略是通过对人造血干细胞或T细胞上编码CCR5受体基因敲除来以此来产生耐受HIV感染的细胞,实质上是所谓的“拒之门外”策略;而该文研究者提出的是基于ZFN的靶向切除整合HIV前病毒的“斩草除根”的策略。研究人员设计并获得了一对能特异靶向多数HIV亚型基因保守区LTR的ZFN,在多个HIV感染及潜伏细胞系上证实了ZFN能特异靶向HIV-1前病毒LTR并介导整合的全长HIV-1前病毒的高效切除,获得了显著抗HIV感染的效果,提示了该方法将可能为一个可选择的根除HIV的治疗手段。

研究者认为,尽管在体外细胞模型上证实了“斩草除根”的策略的有效性,倘若使该策略应用到临床还有一段距离;该技术无疑为人类彻底打败艾滋病带来了新的希望。目前,朱焕章课题组研究人员正在动物模型上验证该策略的有效性和安全性。

近几年来,朱焕章课题组在HIV潜伏表观遗传学及抗感染治疗新型策略研究方面,取得了阶段性的研究进展。在国内率先建立了HIV潜伏细胞模型,首次发现组蛋白甲基化转移酶GLP与HIV潜伏有关;发现 CCL3L1基因拷贝数变化与HIV-1易感性密切相关; 证实了中国HIV-1流行株B/C重组亚型病毒能够感染人造血祖细胞;筛选到了多个抗HIV感染或潜伏感染的候选药物,在“艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”国家重大专项课题资助下正在进行抗HIV感染的临床前试验。发表了包括Virology,Curr HIV Res,PLoS One等杂志在内的多篇SCI文章,申请了8个中国专利。2012年曾被邀请参加中国科协主办的、美国NIH协办的“第24次中国科技论坛——HIV治愈高层论坛”并做“清除HIV潜伏感染的新型药物筛选”的大会发言。(生物谷Bioon.com)

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Nucl. Acids Res. doi: 10.1093/nar/gkt571

Zinc-finger-nucleases mediate specific and efficient excision of HIV-1 proviral DNA from infected and latently infected human T cells

HIV-infected individuals currently cannot be completely cured because existing antiviral therapy regimens do not address HIV provirus DNA, flanked by long terminal repeats (LTRs), already integrated into host genome. Here, we present a possible alternative therapeutic approach to specifically and directly mediate deletion of the integrated full-length HIV provirus from infected and latently infected human T cell genomes by using specially designed zinc-finger nucleases (ZFNs) to target a sequence within the LTR that is well conserved across all clades. We designed and screened one pair of ZFN to target the highly conserved HIV-1 5′-LTR and 3′-LTR DNA sequences, named ZFN-LTR. We found that ZFN-LTR can specifically target and cleave the full-length HIV-1 proviral DNA in several infected and latently infected cell types and also HIV-1 infected human primary cells in vitro. We observed that the frequency of excision was 45.9% in infected human cell lines after treatment with ZFN-LTR, without significant host-cell genotoxicity. Taken together, our data demonstrate that a single ZFN-LTR pair can specifically and effectively cleave integrated full-length HIV-1 proviral DNA and mediate antiretroviral activity in infected and latently infected cells, suggesting that this strategy could offer a novel approach to eradicate the HIV-1 virus from the infected host in the future.

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