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Nat Genet:新方法揭示基因“增强子”的工作机理

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2019年10月16日讯 /生物谷BIOON /–来自日本理化研究所(RIKEN)综合医学科学中心和肿瘤分子研究所(IFOM)的研究人员与京都大学、卡罗林斯卡研究所和DNAFORM的合作者一起开发出了一种被称为NET-CAGE的新技术,揭示了基因组中被称为增强子的非编码基因的结构,增强子可以激活特定基因的功能。基因组的这些部分曾经被认为是不重要的,被称为”垃圾DNA”,现在已知与各种疾病有关,了解它们的功能已经成为基因组学研究的一个重要目标.
Nat Genet:新方法揭示基因“增强子”的工作机理
图片来源:https://cn.bing.com
现在我们知道有两种类型的基因组区域,即启动子和增强子,它们的作用是协调蛋白质编码基因的激活,本质上是通过激活它们来实现的。启动子就在它们激活的基因旁边,而增强子则在很远的地方,但它们也会以某种方式对基因起作用。人们已经开发了多种技术来尝试绘制增强子图谱,但它们都有局限性,例如,要么缺乏识别的敏感性,无法精确定位区域的位置,要么不适合在冷冻细胞中使用。
为了克服这些限制,研究人员开发了一种称为NET-CAGE的方法,它是RIKEN开发的CAGE技术的延伸,可以识别基因组的非编码区域,灵敏度很高,并用于检测五种常用的癌细胞系。他们很高兴地发现,这种方法可以用于冷冻保存的细胞。
使用这种新方法,研究人员在增强子方面取得了一系列有趣的发现。首先,他们在人类身上发现了多达2万个新的增强子。他们发现,虽然多种细胞类型中的启动子被激活,但增强子往往只在一种细胞类型中发挥作用,从而显示出两种类型区域之间的重要差异。他们还发现了这两种区域之间有趣的联系,表明它们是根据细胞类型的特殊性在拓扑上联系在一起的。此外,他们还以高核苷酸分辨率在被称为”超级增强子”的聚类区域内精确定位了活性增强子。
RIKEN的Yasuhiro Murakaw表示:”我们发现增强子在生成细胞类型特异性转录组中起着至关重要的作用。本研究开发的新方法可用于生物学的许多方面的研究。从长远来看,这种方法可以应用于下一代基因组医学。”
“利用这项技术,”他继续说,”我们正在绘制一幅人体增强子激活的综合地图。通过将这些知识与与疾病相关的突变数据和癌症基因组数据结合起来,我们希望能加深对疾病机制的了解。”这项研究发表在《Nature Genetics》杂志上。(生物谷Bioon.com)
参考资料:

Shigeki Hirabayashi et al. NET-CAGE characterizes the dynamics and topology of human transcribed cis-regulatory elements, Nature Genetics (2019). DOI: 10.1038/s41588-019-0485-9

缓解致命神经疾病进展,基因疗法临床结果积极

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缓解致命神经疾病进展,基因疗法临床结果积极

 

今日,Axovant Gene Therapies公司在第27届欧洲基因和细胞疗法协会(European Society of Gene and Cell Therapy)年会上宣布,初步临床数据表明,基因疗法AXO-AAV-GM2具有缓解戴萨克斯症(Tay-Sachs Disease,TSD)儿童患者疾病进展的潜力。AXO-AAV-GM2不但使TSD儿童患者达到正常发育里程碑,还改善了患者脑部的髓鞘形成。

TSD又称为GM2神经节苷脂病,是由HEXA和HEXB基因上的突变造成。这些突变使酶蛋白功能受损,进而导致有毒神经节苷脂在中枢神经系统中积累。患者因此出现神经退行性病变,认知障碍,瘫痪和早夭。这种致命的儿童溶酶体贮积病患者的平均预期寿命只有3-4年。目前,没有能够改变疾病进展的疗法出现。

Axovant公司的AXO-AAV-GM2基因疗法旨在将编码正常功能酶蛋白的基因分别使用AAV9和AAVrh8病毒载体导入患者体内,改善他们的生存并让儿童达到关键性发育里程碑。在临床前动物实验中,该基因疗法能够剂量依赖性提高酶活性,降低神经节苷脂的沉积,并且提高动物的生存期。

现有的临床初步数据来自两名TSD儿童患者。第一名晚期TSD患者在接受基因疗法后的第三个月至第六个月,脑脊液(CSF)中的Hex A酶活性较基线时增加了3倍。在第六个月时,与基线相比,使用CHOP-INTEND评估方法检测的运动能力评分从14分提升至18分,并维持在这一水平。

第二名儿童患者在接受基因疗法后的第三个月时达到正常的发育里程碑,且患者神经系统检查一切正常。经MRI检测,患者脑部结构正常,并有与该年龄正常脑部发育一致的髓鞘形成。患者的Hex A酶活性较基线时也得到改善,增加至正常酶活性的1.8%(预期酶活性超过正常酶活性的0.5%时会带来具有临床意义的效果)。CHOP-INTEND评分与基线相比,从58分提升至60分,并维持在这一水平。两名患者接受基因疗法后病情保持稳定。此外,AXO-AAV-GM2还显示出良好的安全性和耐受性。

“髓鞘的形成是健康儿童大脑发育的重要组成部分,但在TSD儿童患者中通常是异常的,”Axovant公司首席开发官Gavin Corcoran博士说:“我们很开心可以看到10个月大患者的髓鞘形成和神经肌肉的稳定性得到改善。”(生物谷Bioon.com)

小编推荐会议  2019无锡国际生物医药论坛暨第九届Cell Death & Disease国际研讨会-新药研发

 

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2019年我国基因治疗载体行业发展现状

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2019年我国基因治疗载体行业发展现状

 

自1990年全球首例基因治疗临床试验的成功开展揭开了基因治疗时代的序幕之后,病毒载体的安全性问题却接连出现,导致绝大多数基因治疗临床试验的中止。由病毒载体带来的致病风险成为阻碍基因治疗发展的严峻问题,开发更加安全有效并能高效表达的载体成为基因治疗研究的关键。

一、基因治疗常用载体概况

目前,基因治疗主要采用病毒和非病毒两种载体形式。从长远看,非病毒载体具有低免疫原型、低成本、易规模化等优点,因而具有更好的临床应用前景,但还存在较多未解决的问题,如转染效率、细胞毒性、靶向性等,因此当前大部分细胞和基因治疗项目所采用的载体都为病毒载体,使用非病毒载体的项目大约仅占项目总数的36.6%。

改造后的病毒载体去除了病毒本身的致病作用,但保留了病毒的包壳以及在细胞中进行复制或整合的功能蛋白,可通过基因重组技术与编码基因进行组装,然后感染细胞以达到治疗目的。

目前最为常用的病毒载体包括腺相关病毒(Adeno-associated virus,AAV)、慢病毒(Lentivirus,LV)、腺病毒(Adenovirus,AdV)和逆转录病毒(Retrovirus,RV)等,其他还有单纯疱疹病毒载体、豆苗病毒载体、溶瘤病毒载体等;非病毒载体主要包括脂质体、质粒等。

二、国内外基因载体CDMO平台

载体的构建包装和生产,在基因治疗产业链中处于中游。由于病毒载体的制造过程复杂、成本高昂,在技术水平上也要求更高的专业性,因此具有较高的准入门槛,市场格局较为稳定。

在这样的背景下,具有较强专业性、可以为病毒载体产品提供GMP生产资源的CDMO公司蓬勃发展起来,包括诺华、凯特这样的制药巨头,也纷纷将慢病毒和逆转录病毒载体的生产转向CDMO。

(一)全球病毒载体CDMO代表性公司

主要有Oxford BioMedica、Brammer Bio、Apceth、FujifilmDiosynth Biotechnologies、Lonza、Novasep、VGXI等。

1. Oxford BioMedica

作为慢病毒载体基因治疗的先驱,英国Oxford BioMedica公司是诺华的CAR-T产品Kymriah生产慢病毒载体的唯一供应商。此外,凭借其LentiVector?慢病毒载体递送技术,公司还与赛诺菲、GSK等制药巨头保持着合作关系,为他们提供工艺开发和生物加工等服务。

2. Brammer Bio

作为一家病毒载体CDMO公司,Brammer Bio为开发基因疗法和基因修饰细胞疗法的制药公司提供外包研究和制药服务。2019年3月,该公司被赛默飞世尔以17亿美元收购。

(二)国内病毒载体CDMO公司

目前,国内市场的行业集中度较低,且多数公司规模较小,技术和工艺水平有限,能够提供病毒载体产业化的企业较少,代表公司有和元上海、吉凯基因、汉恒生物、北京五加和等。

1. 北京五加和

北京五加和是专业从事基因治疗药物核心技术研发和服务的生物高科技公司,其基因治疗CDMO平台服务范围包括科研服务、符合GMP要求的中试和临床级制品的制备、质量研究服务,满足客户从早期研发、新药临床试验申报(pre-IND)和I/II期临床试验(IND)的要求。涉及的载体种类包括腺相关病毒载体(AAV)、腺病毒载体(AdV)、单纯疱疹病毒载体(HSV)、慢病毒载体(LV)和质粒DNA;全方位为基因治疗领域客户提供从工艺开发、小试、中试到临床样品生产的一体化CDMO解决方案,加速基因治疗或细胞治疗药物上市。

2. 和元上海

和元上海是一家集基础研究服务、基因治疗药物研发和临床级重组病毒产业化制备三大发展方向于一体的高新技术企业。和元拥有基因治疗载体研发中心、SPF级动物实验室、中试工艺开发与生产实验室,以及基于一次性技术的GMP级重组病毒车间,并依托先进的重组病毒产业化生产、病毒载体修饰改造与包装,CRISPR/Cas9基因编辑、脑立体定位注射及成瘤模型构建等多种技术,为基因治疗行业的崛起提供有力平台。

2019年3月5日,和元与GE医疗联手打造的基于一次性技术的病毒载体CDMO生产平台在上海张江正式开业运行,该平台是国内首个、近4500㎡基于一次性技术的GMP病毒生产平台,能够为基因治疗或细胞治疗相关药物研发提供GMP大规模生产一站式服务,生产一次就可以满足150名患者治疗所需药物载体量,一年能为2000名患者服务。

三、基因治疗领域重磅收购青睐AAV

近几年,基因治疗领域并购案例不断,大型制药企业收购在研发管线上拥有较强竞争力的创新公司,基因治疗领域在小型初创公司不断激增的同时,也逐渐向着稳定的市场格局发展。从被收购标的来看,AAV载体更受到收购方的青睐。

四、小结

纵观基因治疗的发展历史可以看到,基因疗法的发展必须要基于其在临床治疗方面的应用,因此,努力提高基因治疗的安全性和有效性是当前基因疗法发展的重中之重,其中尤以更安全高效的载体开发为最。未来,开发无细胞毒性、目的基因释放速度可控、可持续性作用及具备特异靶向性的新型载体,将是基因载体研究的方向。(生物谷Bioon.com)

Nat Biotechnol:科学家成功利用CRISPR技术实现剂量依赖性的基因表达激活

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2019年11月15日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中,来自北卡罗来纳大学Eshelman药学院等机构的科学家们通过研究开发了一种新方法,能够利用CRISPR基因编辑技术进行剂量依赖性的基因表达激活,文章中,研究人员描述了如何利用这种技术以一种可替换的方法来改变基因表达以及其工作的原理和机制。

Nat Biotechnol:科学家成功利用CRISPR技术实现剂量依赖性的基因表达激活

图片来源:CC0 Public Domain

此前研究结果表明,CRISPR/Cas9基因编辑技术能抑制或激活基因的表达,但截至目前为止,其并不能用来促进剂量依赖性的基因表达激活;这项研究中,研究人员就发现了一种新方法,其能利用化学表观遗传修饰物(CEMs,chemical epigenetic modifiers),通过使用部分内源性染色质-激活器来激活所需的基因进行表达,这或许就能消除外源性转录激活剂的必要性。

研究者发现的新方法包括两种组分,其中第一种就是Cas9,其能与结合蛋白FKBP一起催化失活;第二种就是利用FK506制造的CEM,其能与特殊的分子相关联,而这种分子则能与所需的细胞表观遗传机器相互作用;具体地说,这种新方法能够制造激活CEM的分子,而该分子能帮助寻找基因激活机器,包括CEM114、CEM87和CEM88,诸如此类分子能与不同的酶类相结合,上述两个组分能被用来以研究者需要的方式激活基因的表达。

随后研究人员检测了这种新型系统,即利用绿色荧光蛋白感染HEK293T细胞,随后对表达导向RNA和非活性Cas9的细胞进行计数,紧接着研究者利用质粒表达和上述三种CEMs中的一种来检测基因表达的激活状况,他们必须等待两天才能够确认,是否与未处理的细胞相比绿色荧光蛋白的表达量会发生增加,研究者还仔细分析了用CEMs处理过的失活Cas9,来确定是否CEM系统能以一种所需的方式激活绿色荧光蛋白,在该过程中,研究者发现,使用CEM87进行处理是唯一能够增加绿色荧光蛋白表达的方法。最后研究者表示,这种新型技术能够用来在验证性研究中分析剂量依赖性的基因表达激活状况。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Anna M. Chiarella, Kyle V. Butler, Berkley E. Gryder, et al. Dose-dependent activation of gene expression is achieved using CRISPR and small molecules that recruit endogenous chromatin machinery, Nature Biotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41587-019-0296-7

解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域

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腺相关病毒基因组(adeno-associated virus, AAV)的反向末端重复序列(inverted terminal repeat, ITR)能形成高度稳定的二级结构,利用现有技术很难进行序列验证。为了突破这重障碍,GENEWIZ研发了一种自主知识产权技术,运用原创的测序方法,清晰地分析这些复杂序列,助力研究人员有效地评估AAV-ITR区域的完整性。
背景介绍
腺相关病毒(AAV)是一种单链DNA病毒,在基因治疗中通常作为载体将外源基因转入患者中。AAV基因组的每条单链DNA由4680个碱基构成,包括两端145bp的反向末端重复序列(ITR)和中间的2个开放性阅读框。ITR在病毒的复制和包装过程中起着关键作用,并且参与了病毒基因组在宿主基因组上的整合和逃逸过程。该序列中CG含量达80%以上,其前125bp(1~125)序列依次可分为A、B、B’、C’、C、A’等不同的区段(图1),其中B与B’、C与C’反向互补,可形成T型发夹结构,作为AAV的DNA自我复制的起点,随后的20bp形成特有的D序列。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
图1:AAV2的ITR序列的示意图
ITR由两个臂回文(B-B’和C-C’)和一个长茎回文(A-A’)组成。D序列在AAV基因组的每一端只出现一次。
为产生重组腺相关病毒(rAAV),哺乳动物或昆虫细胞通常需要共转染两个或者三个质粒——其中一个或两个质粒提供AAV包装复制元件和腺病毒辅助元件,另外一个质粒(AAV质粒)包含两端带有ITR序列的目的基因表达框。AAV质粒中ITR区域的完整性对rAAV的产生至关重要。缺失突变的ITRs会降低完整AAV病毒的产量,增加非目的DNA包装的产生1。然而,在使用大肠杆菌进行质粒扩增过程中,AAV质粒的ITR区域经常发生突变。研究表明,ITR序列的不同区段缺失,都会对rAAV的产生造成影响:
A-A’ region
A-A’ region 中的串联重复序列5’-GAGC GAGC GAGC GCGC-3’是 A-A’ region 甚至整个ITR中的核心序列,其最明确的功能是与 Rep 蛋白结合,因此被称为 Rep 结合位点(Rep Binding Element, RBE)。RBE 涉及 AAV 基因组的复制、转录及前病毒的整合,几乎所有 ITR的重要功能都是由Rep与RBE结合所起始的。
当突变RBE序列中的第 2、3个GAGC或只突变第 3个GAGC时,AAV基因组DNA的复制水平显着下降2
A-A’ region 中还含有特异性的TRS序列(terminal resolution site),即 5’-TTGGCCAC-3’。ITR中的TRS序列参与AAV的拯救和复制途径。
删除 A-A’ region 中的非 RBE 序列,只保留 RBE 及附近的部分序列时,Rep 对此突变 ITR 的亲和力下降至少 10 倍3。
B-B’及 C-C’ regions
wtITR 中存在两个小回文结构:B-B’及C-C’ regions。这两个回文对Rep的结合也有一定作用。
位于 B-B’ region 中的被称为 RBE’的序列(5’-CTTTG-3’)与 Rep有较强的亲和性。如果CTTTG序列中的后两个T发生突变,则严重影响ITR与Rep的结合,进而影响AAV的产生4
D region
ITR 中 A-A’、B-B’及 C-C’ regions 均形成回文双链结构,只有D region为单链。有研究发现,D region缺失,即AAV载体质粒中两个ITR均不含D region时,病毒基因组不能被包装。说明D-region在AAV病毒的包装中起关键作用5
因此,对AAV质粒的ITR序列进行准确的分析将会对rAAV的质控具有重要的意义。
面临挑战
以目前的技术,可以通过限制性内切酶的酶切反应来研究ITR的定位及其完整性。但凝胶电泳的分辨率较低,很难检测到点突变或小缺失。
直接对ITR区域进行测序可以提供足够的分辨率,但是常规Sanger测序试剂盒中的聚合酶会被高GC含量和较长的回文序列(>100 bp)折叠成T型发夹结构阻碍,导致测序失败。其难点在于两个方面:1. 测序酶不同于野生型的聚合酶,它是经过突变的高温聚合酶,该聚合酶的持续DNA合成能力被降低且易被发夹结构特别是极其稳定的ITRs所抑制;2. 这些常规试剂盒中使用了脱氧核糖核苷三磷酸类似物,以达到更高的毛细管电泳峰分辨率。然而在复杂结构特别是发夹结构中,脱氧核苷三磷酸类似物并不能有效地结合DNA聚合酶。
由于二级结构在线性模板中不稳定,所以通过PCR扩增ITR区域,然后对扩增产物进行测序可以得到更好的结果6。然而,这种两步法的测序需要特殊的引物设计和循环设置。并且这种检测方法对于ITR区域的两端的序列要求较高,成功率也不能保证。而且,每一条新构建的AAV质粒均含有两个ITR序列,由于PCR反应是非通用的,因此针对两个ITR区域需要设计两种PCR反应。
解决方案
为了解决这一难题,GENEWIZ开发了一种新型的AAV-ITR测序方法,可以改善ITR区域的测序信号并延长读取长度。
为了验证我们的ITR测序方法,将其与标准方法进行比较,我们首先使用BigDye®cycle sequencing kit(Thermo Fisher)对含有AAV2 ITRs的质粒进行测序。不出所料,在ITR发夹结构开始处,测序信号突然下降(图2),导致测序过早终止。添加常见的添加剂,如DMSO和/或甜菜碱也不能改善这一结果(数据未显示)。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
图2:使用BigDye®cycle sequencing kit对AAV2的ITR区域进行测序
红色下划线标记序列后的碱基“TTGGC”是一个无法成功测序的125 bp ITR发夹结构的开端。
而GENEWIZ的新型AAV-ITR测序方法可以测通ITR发夹结构并且在整个ITR区域没有明显的信号损失,达到了与常规测序反应类似的读取长度(图3)。此外,我们还研究了引物结合位点对ITR测序质量的影响。我们发现,当引物与ITR区域之间的距离为150-350bp时,通常可以获得最佳的测序质量(数据未显示)。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
图3:使用GENEWIZ ITR测序法测定AAV2的ITR区域的色谱图
红色下划线的序列表示图2中提到的相同序列。黑框内显示完整的125bp ITR发夹结构。
rAAV质粒中ITR完整性的定性评价
目前,rAAV质粒主要在细菌中扩增。然而,由于细菌中同源重组系统,ITRs经常发生重排。细菌繁殖后,rAAV质粒中最常见的突变之一是ITR的B-B’或C-C’臂缺失(图4)。这种缺失使T型ITR发夹的茎更长,比野生型ITR更加稳定。在对数百条来自不同细菌细胞系中扩增的rAAV质粒进行测序后,我们发现,我们发现,GENEWIZ ITR测序方法可以测通野生型ITR序列(图4和图5A)以及更有挑战性的缺失突变的ITR序列(图5B),并且能帮助定性评估ITR区域甚至是缺失突变ITR区域的完整性。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
图4:AAV2的ITR区域中B-B’臂缺失的示意图
野生型AAV2的ITR区域是一个125bp的T型发夹结构,而缺失突变的ITR是一个103bp的发夹结构,其茎部更长。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
图5:利用GENEWIZ ITR测序方法分析rAAV质粒中ITRs的完整性
A) GENEWIZ AAV-ITR测序法测定野生型AAV2 的ITR区域的色谱图。C-C’臂和B-B’臂分别用红色和蓝色标出。B)GENEWIZ AAV-ITR测序法对AAV2的缺失ITR区域进行色谱分析。测序结果显示B-B’臂出现缺失。C) GENEWIZ AAV-ITR测序法测定缺失突变的AAV2 ITR区域的色谱图。测序结果表明,该质粒是完整ITR和缺失突变ITR的混合物。在155-157bp处的TTT峰与完整的ITR序列一致,其中存在缺少B-B’臂的质粒模板。
GENEWIZ AAV-ITR测序方法的优化
一些rAAV质粒在ITR区域的5’端前部含有一个同聚物G区域(图6A)。现有的Sanger测序方法测通同聚物G区域非常困难,GENEWIZ的AAV-ITR测序方法也面临同样的困难。伴随着Poly-G的测序过程,测序信号值也逐渐降低,并导致未测序至ITR发夹结构测序反应就提前终止 (图6B)。目前尚未有合适的方法能解决poly-G区域对ITR发夹结构造成的热力学障碍。但是,GENEWIZ的AAV-ITR测序方法能通过反向测通ITR发夹结构和poly-C重复区域(图6A),进而提高该区域的数据质量及读取长度(图6C)。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
图6:GENEWIZ的ITR测序法对含有poly-G序列的AAV质粒进行测序
A) ITR区域的5’端前部含有一个同聚物G区域的示意图;黑色和绿色箭头分别表示正向测序和反向测序。B)采用GENEWIZ的AAV-ITR测序
法,正向对同聚物G + ITR区域进行测序的色谱图。C)采用GENEWIZ的AAV-ITR测序法,反向对同聚物G + ITR区域进行测序的色谱图。
GENEWIZ的AAV-ITR测序方法能有效评估AAV质粒中ITR区域的完整性。它可以迅速准确地检测到ITRs区域的突变,为下游故障的排除节省时间和精力。我们选择了AAV2的ITR区域进行测试,因为AAV2是最典型的、最常用的AAV血清型。AAV不同血清型含有相似的ITR序列,目前我们正在对不同AAV血清型的ITR区域进行测序以及包括其他的DNA病毒等。这种AAV-ITR区域的测序方法可以广泛应用于热力学稳定的发夹结构的测序。
解决基因治疗痛点,金唯智新型技术测通AAV-ITR区域
金唯智美国客户反馈
订购流程:
1. 下载并填写《金唯智ITR测序送样单》并发送至邮箱:Support.Asia@genewiz.com.cn
2. 将样品按送样要求寄送或交给取样员
3. 等待AAV-ITR测序结果(3-5个工作日)
4. 完成测序
References
1. Savy A. et al., Impact of inverted terminal repeat integrity on rAAV8 production using the baculovirus/Sf9 cells system. Hum. Gene Ther. Methods. 2017:28(5):277-289.
2. Bishop, B. M., et al. “Role of the terminal repeat GAGC trimer, the major Rep78 binding site, in adeno‐associated virus DNA replication.” FEBS letters 397.1 (1996): 97-100.
3. Im, Dong-Soo, and Nicholas Muzyczka. “The AAV origin binding protein Rep68 is an ATP-dependent site-specific endonuclease with DNA helicase activity.” Cell 61.3 (1990): 447-457.
4. Ryan, John H., Sergei Zolotukhin, and Nicholas Muzyczka. “Sequence requirements for binding of Rep68 to the adeno-associated virus terminal repeats.” Journal of virology 70.3 (1996): 1542-1553.
5. Bleker, Svenja, Florian Sonntag, and Jürgen A. Kleinschmidt. “Mutational analysis of narrow pores at the fivefold symmetry axes of adeno-associated virus type 2 capsids reveals a dual role in genome packaging and activation of phospholipase A2 activity.” Journal of virology 79.4 (2005): 2528-2540.
6. Kieleczawa J. Fundamentals of sequencing of difficult templates–an overview. J Biomol. Tech. 2006:17(3)207-17.
7. Grimm D. et al., Liver transduction with recombinant adeno-associated virus is primarily restricted by capsid serotype not vector genotype. J. Virology. 2006:80:426-439.





Oncotarget:新型乳腺癌药物能击败诱发多种类型癌症的癌基因-Ras

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2017年10月12日 讯 /生物谷BIOON/ –很多科学家都认为,阻断癌基因Ras的功能是癌症治疗的“必杀技”,因为这些基因的突变会驱动癌症多种不同类型癌症的发展,人类机体中存在三种不同的Ras基因:H-Ras、K-Ras和N-Ras,这些Ras基因和癌症的发生直接相关;近日,一项刊登在国际杂志Oncotarget上的研究报告中,来自弗吉尼亚联邦大学Massey癌症中心的研究人员通过研究发现,一种批准的乳腺癌药物来那替尼(neratinib)不仅能够阻断Ras基因的功能,还能够阻断其它多个致癌基因的功能。

Oncotarget:新型乳腺癌药物能击败诱发多种类型癌症的癌基因-Ras

图片来源:Paul Dent, Ph.D

这项研究中,研究人员想通过研究确定是否药物来那替尼单独使用或同其它药物制剂联合使用,能够帮助杀灭非小细胞肺癌细胞(NSCLC),这类癌细胞会对药物阿法替尼(afatinib)产生耐药性,阿法替尼和来那替尼被认为能够抑制EGFR和HER2激酶的功能,这些激酶能够调节癌细胞的生长以及化疗耐药性;阿法替尼类似于来那替尼,然而来那替尼却能够不可逆地将其吸附到EGFR和HER2激酶上,这种吸附作用就能够永久阻断受体的功能,诱发细胞被靶向降解,如今研究者发现,药物来那替尼实际上能够杀灭对阿法替尼耐药的NSCLC细胞。 研究者Dent博士表示,当我们在显微镜下观察细胞时,我们能够看到来那替尼(而不是阿法替尼)能够促进较大的囊泡在细胞外膜附近形成,在这些囊泡中,我们发现,EGFR和HER2的受体会被破碎,但同时我们还发现了阴性的对照受体—c-MET;在科学研究中,阴性的对照实验常常并不会发挥作用,而且这就进一步验证了科学家们想要证明的实验结果。如果来那替尼能够在不吸附的情况下对c-MET进行破碎,那么获取其还会破碎其它的细胞膜蛋白。

研究人员所观察到的囊泡是自噬过程的一部分,自噬是一种天然的机制,其会破碎并且再循环细胞中多余的组分,由于其是一种膜蛋白,随后研究人员就开始对Ras进行研究,有证据显示,常用的癫痫药物丙戊酸能够影响细胞自噬的调节,因此研究者决定检测是否这种药物能够同来那替尼一起联合作用来阻断Ras的活性。

除了对阿法替尼耐药的NSCLC细胞外,研究人员还检测了丙戊酸和来那替尼联合对人类胰腺癌和卵巢癌衍生细胞上的作用效果,这些癌细胞中分别含有K-Ras突变及N-Ras突变。Dent表示,我们发现,药物来那替尼能够诱发细胞质膜出现一系列的“地震波”,不仅会促进ERBB家族受体(EGFF和HER2)降解,还会促使细胞膜中其它相关的受体被降解。我们计划进行额外的实验来更好地理解该过程。

本文研究还阐明了药物来那替尼其它临床用途,研究人员对乳腺癌动物模型进行研究发现,药物来那替尼能够增强以前建立的药物组合对乳腺癌的治疗效果,包括药物培美曲塞和索拉非尼,这些药物目前正在进行II期临床试验。最后研究者Dent说道,我们对相关的研究结果非常高兴,这项研究中我们发现了药物来那替尼能够帮助治疗多种类型癌症,同时还可以弥补当前的疗法,目前我们正在计划进行临床试验,并希望获得更多的资金支持。由于目前来那替尼和丙戊酸已经获得FDA批准,下一步我们将会将相关的研究结果快速转化到临床研究中去。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Laurence Booth, Jane L. Roberts, Andrew Poklepovic, et al. HDAC inhibitors enhance neratinib activity and when combined enhance the actions of an anti-PD-1 immunomodulatory antibody in vivo. Oncotarget (2017). DOI: 10.18632/oncotarget.21660

Criculation:“血癌”基因能够预防心脏衰竭?

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2017年10月18日/基因宝jiyinbao.com/—最近一项发表在《Criculation》杂志上的一篇文章揭示了基因Runx1在受损的心肌细胞中表达量出现上调的现象。该研究是由来自Glasgow大学的研究者们做出的,他们发现该基因表达受阻的小鼠的心脏更不容易发生心脏衰竭的风险。
冠心病是目前世界上引起死亡的主要疾病之一。根据英国心脏协会的图表,每年英国都有70000人因该病死亡。大部分死亡的直接原因是心脏病发作(心肌梗塞),即通向心脏的血流受阻,进而导致心肌的损伤。
过去几十年来,医疗水平的上升导致该疾病患者的存活率上升,然而其对心肌细胞造成的损伤会导致患者出现心脏衰竭的风险,即心脏难以泵出足够的血液供机体各个部位使用。
Criculation:“血癌”基因能够预防心脏衰竭?
(图片来源:University of Glasgow)
Runx1基因在白血病中得到了详细的研究,它对于血细胞的发育具有重要的作用。然而,该基因对于心脏功能的影响此前了解的并不清楚。
如今,研究者们认为心脏病发作后心肌细胞中Runx1基因表达量的上调是导致心脏结构改变以及泵血能力失调的原因。
该文章的主要作者,来自Glasgow’s大学心血管医学科学研究所的Christopher Loughrey博士称:”我们的研究揭示了Runx1基因与心肌梗塞之间的关系,以及其对于心脏病发生的影响”。
目前英国境内有500000人受到了心脏衰竭疾病的困扰,尽管医疗水平十分先进,而死亡率仍然高居不下。因此,开发新型的,更加有效的治疗心脏衰竭的手段迫不及待。
Loughrey博士称:”这项研究不仅仅揭示了Runx1基因对心脏健康的影响,而且提供了新的治疗方案,活血能够有效提高心脏病患者心脏泵血的能力”。(生物谷Bioon.com)


资讯出处:
Blood cancer gene could be key to preventing heart failure

A型血友病基因疗法获FDA突破性疗法认定

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A型血友病基因疗法获FDA突破性疗法认定
BioMarin Pharmaceutical宣布美国FDA授予其A型血友病基因疗法valoctocogene roxaparvovec(曾用名BMN 270)突破性疗法认定。
A型血友病也叫做因子VIII(FVIII)缺乏症或经典血友病,是由凝血蛋白质因子VIII缺失或缺陷引起的遗传病。因为A型血友病是一种X染色体连锁障碍,所以它主要影响男性,每4000-5000名男性中就有一例A型血友病患者。这些患者不能有效地凝血,很可能会因为轻微的伤口而失血过多,危及生命。有43%的A型血友病患者属于比较严重的类型,他们常常自发流血,并流入肌肉或关节。对于这些患者的标准治疗方法是每周三次输注因子VIII的预防性治疗。但即便这样,仍有许多患者会出现轻微出血或自发出血事件,导致进行性关节损伤。这一患者群体急需一款新的疗法来改变现状。
BioMarin的valoctocogene roxaparvovec有望为这些患者带来治疗曙光。它是一种使用AAV因子VIII载体基因治疗产品。在动物模型中,它能将因子VIII的浓度恢复到与正常人类相当的水平。本月初,FDA完成了对该化合物的新药研究申请(IND)的审查,并为它亮了绿灯。此外,欧洲药品管理局(EMA)也为其颁发了PRIME认定。
此次,该疗法获得FDA颁发的突破性疗法认定是基于一项正在进行的1/2期临床试验的数据。在第36周,4e13 vg/kg剂量组的6名患者中有5名患者的因子VIII水平达到正常范围,另外一名患者也有一定水平的因子VIII。4周后,4e13和6e13 vg/kg剂量组的中位年出血率和因子VIII使用率均为零。
FDA颁布突破性疗法认定的消息以及EMA于2017年初授予的欧盟PRIME认定,证明了全球健康监管机构对valoctocogene roxaparvovec及其快速研发和注册途径的大力支持,”BioMarin全球研发部总裁Hank Fuchs博士表示:“这些患者非常需要实现正常稳定的因子VIII水平,以消除自发性出血,避免次优矫正出血障碍的并发症,提高生活质量,使患者能最大限度地生存。”
我们期待着这一新药的研发和上市能够顺利,早日为患者带来治疗希望。(生物谷Bioon.com)

《科学》:细思恐极!你的诞生可能不是一场意外,而是基因「有意」为之

基因君

人是什么?生命有意义吗?人类终将走向何方?

英国著名的演化生物学家理理查德·道金斯选择在其着作《自私的基因》一书中表达了自己的观点。他认为,生命是基因创造的生存机器,人类不过是基因的载体,保存它们才是我们存在的终极理由。生命短暂,而基因不朽。

而基因之所以自私,是因为它们只顾自己能更好的生存,在自然选择的条件下,随机突变不断的进化,不管这一进化是否适合宿主生存。而现在,科学家发现,基因的自私不仅仅停留在自然选择层面。为了自己的生存,一些基因居然会主动选择将自己的“同类”残忍消灭掉。

按照我们高中生物课本的知识。哺乳动物在产生卵子的过程中需要进行减数分裂,而在减数分裂的过程中,我们卵母细胞中的两套染色体会有一套进入极体,继而被降解掉,而另一套染色体则会进入卵子内,传递给后代。同时,按照经典的孟德尔遗传定律,这两套染色体进入卵母细胞的机会应该是相同的,都是 50%。

而近日,来自宾夕法尼亚大学的 Michael Lampson 教授与他的团队首次证明,哺乳动物卵母细胞内的某些自私的基因在减数分裂的过程中,存在“作弊”行为。这些基因为了能够进入卵子从而传递给后代,会“主动感知”自己在卵母细胞中的位置,一旦发现自己要被“淘汰”,就会主动切断与纺锤体的连接,要求重新分配位置,以增加自己进入卵子的机会。这一发现发表在《科学》杂志上(1)。

打个比方,这就像是两人玩石头剪刀布,赢了的才有机会活下去。结果第一次你赢了,但是你的对手耍赖了,不认账,并强烈要求重来一次,不管你同意不同意。很明显,那个自私的人,活下去的机会更大。

这一发现还得从 2001 年说起。当时,Carmen Sapienza 博士等人在总结前人的研究时发现,哺乳动物在进行减数分裂时,染色体的分离并不是随机的(2)。也就是说,哺乳动物两套染色体进入卵子的几率并不是相等的,总有某些染色体在减数分裂的过程中,有更大的几率进入卵子。可是当时他们并不清楚其中的原因。

直到近年来,一系列的研究表明,哺乳动物在进行减数分裂的过程中,染色体不随机分离现象与着丝粒密切相关。在减数分裂时,这些着丝粒为了获取“生存”的权利,它们之间存在着激烈的竞争(3)。

着丝粒其实就是染色体上的一段 DNA 序列,由大量的重复 DNA 片段组成,是哺乳动物细胞内最丰富的非编码 DNA,在卵母细胞进行减数分裂的过程中,着丝粒负责与纺锤体相连,介导染色体的分离。

近年来,科学家们发现,着丝粒上的 DNA 序列中积累了大量的 DNA 突变以及碱基缺失,并且在快速的进化,使其 DNA 长度变得更长,DNA 重复片段变得更多(4)。同时,着丝点的 DNA 序列越长,其包含的 DNA 重复片段越多时,其所结合的着丝粒蛋白也就越多。这种着丝粒被称为强着丝粒,因为这种着丝粒具有更大的几率进入卵子以存活下去(5)。但是,其中的具体机制尚不清楚。

《科学》:细思恐极!你的诞生可能不是一场意外,而是基因「有意」为之

着丝粒

为了确定其中的原因,Lampson 教授开始了本次实验。

通过将包含强着丝粒的老鼠与包含弱着丝粒的小鼠杂交,Lampson 教授得到了可以同时生成包含强、弱着丝粒卵母细胞的小鼠。随后在对 23 个同时包含强、弱着丝粒的卵母细胞的减数分裂过程进行观察时,Lampson 教授惊奇的发现,有 21 个卵母细胞,其染色体不是随机分离的。

具体来说,23 个卵母细胞中,有 21 个卵母细胞在减数分裂时,包含强着丝粒的染色体,在靠近极体时,会主动切断自己与纺锤体之间的连接,并随即切断弱着丝粒与纺锤体之间的连接,然后重新分配二者在卵母细胞中的位置,并重新与纺锤体建立连接,最终使自己进入卵母细胞的几率大大增加。

那么强着丝粒是如何做到这一点的呢?

Lampson 教授发现,之所以会出现这一现象,是因为,在小鼠卵母细胞上即将形成极体继而被降解的那一侧,存在着大量的 CDC42 蛋白,这种蛋白可以将连接纺锤体以及着丝粒的微管蛋白酪氨酸化,使之变得脆弱。

同时,强着丝粒对于 CDC42 蛋白介导的酪氨酸化非常敏感,因此,在靠近极体的时候,强着丝粒与纺锤体之间的连接就会逐渐变弱,而弱着丝粒几乎完全不受 CDC42 蛋白的影响,只会听从“命运”的安排。

因此,当强着丝粒发现自己要被“淘汰”时,就会主动切断与纺锤体之间的连接,并迫使相应的弱着丝粒与纺锤体之间的连接也断开,然后重新分配。所以,强着丝粒才会有更大的几率生存下去。

《科学》:细思恐极!你的诞生可能不是一场意外,而是基因「有意」为之

强着丝粒(大蓝点)在发现自己靠近极体时(左边黑色实线),会主动断开与纺锤体之间的连接,并要求重新分配

至于为什么强着丝粒对于 CDC42 蛋白更加敏感,目前还不清楚。但是无可否认,这是着丝粒这一自私基因用来“作弊”的工具之一。

事实上,科学家早就发现了我们的基因中,最丰富的一类基因其实不包含任何生物功能,这类基因被称为自私 DNA,因为它们目前已知的功能就是到处传播自己,保证自己的生存。而着丝粒,其实是这类 DNA 中数目最多分布最广的一类(6)。

这也意味着,我们人体内最丰富的基因,其实一直都只是在为了自己的生存而“默默”斗争,不惜违反“公平”的游戏规则,竭力保全自己。而至于我们人类的存在,或许只是这些基因“大发慈悲”,为自己更好的生存而“略施小惠”。所以终有一天,当这些基因发现我们并不适合它们“居住”时,它们可能会毫不犹豫的主动选择放弃我们,以寻找更好的宿主。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

1.Akera T, Chmátal L, Trimm E, et al. Spindle asymmetry drives non-Mendelian chromosome segregation[J]. Science, 2017, 358(6363): 668-672.

2.De Villena F P M, Sapienza C. Nonrandom segregation during meiosis: the unfairness of females[J]. Mammalian Genome, 2001, 12(5): 331-339.

3.Rosin L F, Mellone B G. Centromeres drive a hard bargain[J]. Trends in Genetics, 2017.

4.Melters D P, Bradnam K R, Young H A, et al. Comparative analysis of tandem repeats from hundreds of species reveals unique insights into centromere evolution[J]. Genome biology, 2013, 14(1): R10.

5.Iwata-Otsubo A, Dawicki-McKenna J M, Akera T, et al. Expanded satellite repeats amplify a discrete CENP-A nucleosome assembly site on chromosomes that drive in female meiosis[J]. Current Biology, 2017, 27(15): 2365-2373. e8.

6.http://science.sciencemag.org/content/358/6363/594

基因疗法有望攻克冰毒成瘾

基因君

 

基因疗法有望攻克冰毒成瘾

冰毒(甲基苯丙胺)滥用是一个世界性的毒品问题。目前,还没有获批可用于治疗冰毒滥用的药物。长期以来,基因疗法一直被认为是治疗遗传性疾病的一种方法,近年来也被认为可以治疗癌症。但来自美国阿肯色医科大学的一个研究小组认为,可以利用同样的方法来治疗冰毒成瘾。

阿肯色医科大学药理学和毒理学副教授Eric Peterson和他的同事们已经把一种编码抗甲基苯丙胺单链抗体的基因封装至一种工程化的病毒中。当病毒注射入机体后,这种基因疗法能使机体产生抗甲基苯丙胺的抗体,阻止它们进入大脑并引发愉快的感觉。在实验小鼠上,研究人员发现,这种基因疗法能持续长达8个多月时间,并减少了小鼠大脑中的甲基苯丙胺总量,以及由其引发的刺激作用。

Eric Peterson表示,希望基于这种方法的药物在未来能被开发用于治疗冰毒成瘾的人们。如果这些人在接受基因疗法后试图吸食冰毒,就不会感觉到所期望的高度快感。

根据最近开展的一项全美药物使用及健康调查,在2015年,美国12岁以上人群中大约有89.7万人使用甲基苯丙胺,其中大多数都存在滥用失调疾病,这是由于反复使用甲基苯丙胺对个人健康、工作、学校或家庭生活造成的严重干扰。

美国成瘾医学学会秘书和巴尔的摩市行为资源研究院医务主任Yngvild Olsen表示,她对这项研究非常期待,因为现在迫切需要治疗冰毒成瘾的药物。但现在说这种疗法在人身上有多有效还为时过早。

Olsen表示,多年来,研究人员一直在尝试使用类似的治疗方法治疗其他兴奋剂成瘾,例如可卡因疫苗。但这些尝试很难从动物试验转向人体试验,而已经进入人体临床测试的少数几个药物,也没有达到在小鼠身上一样的有效性。另外,接受基因治疗的人也有可能会服用更大量的甲基苯丙胺,来试图感受到其曾经获得的高度快感。这是研究人员在未来开展临床试验时必须牢记的一点。

根据社交平台LinkedIn上的Eric Peterson个人介绍,该研究团队的总体目标是开发基于抗体的新疗法,来治疗慢性和急性冰毒滥用。为了达成这一目标,该团队正在开展2个研究项目:(1)结合抗体治疗和纳米技术,来产生一组具有适用性的抗甲基苯丙胺药物(dendribodies);(2)利用腺相关病毒(AAV)开发基因疗法,编码该研究团队发现的对甲基苯丙胺具有高亲和力的抗体片段,其设想是AAV介导的基因转移可以持久地递送基因,编码这些专门设计的单链可变区片段(scFV)抗体,这些抗体对甲基苯丙胺具有精确的特异性和高度亲和力。当注射入机体后,有望显着减少甲基苯丙胺的药理学作用。(生物谷Bioon.com)

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