中南大学分子生物学课件第十三章 基因治疗.pptVIP

第十三章 基因治疗的原理 与研究进展 基因治疗分类 体细胞(somatic cell)基因治疗 生殖细胞(germline)基因治疗 只限于某一体细胞的基因的改变 只限于某个体的当代 对缺陷的生殖细胞进行矫正 当代及子代  一、基因治疗的策略 基因治疗的两种途径 Retrovirus 逆转录病毒介导的基因转移系统——由两部分组成： Retroviral packaging system AAV的特点 ● 以潜伏感染为主； ● 病毒基因组与细胞共存； ● 只要宿主细胞正常，AAV基因表达就处于抑制而维持潜伏状态； ● 若细胞受刺激，表达应激基因，AAV基因表达从而使AAV病毒复制； ● 产生子代病毒并释放，又感染新的细胞，建立新的潜伏状态。 基因干预的种类： 1.反义RNA (antisense RNA) 2.干扰RNA (RNA interference) 3.核酶 (ribozyme) 四环素抗性操纵子系统原理 四环素抗性基因的转录受Tet阻遏蛋白的负调控。 无四环素存在时，阻遏蛋白与四环素抗性操纵子序列结合阻断四环素抗性基因的表达； 四环素存在时，阻遏蛋白与四环素具有极高的亲和性，造成阻遏蛋白对四环素抗性操纵子阻遏解除，使四环素抗性基因的转录得以进行。。 基因治疗的问题与展望 治疗基因调控元件的选择； 安全高效载体的构建和转移技术的 选择； 靶细胞的选择。 （一）基因内部的调节机制 ?使用正常细胞的组织特异性启动子、增强子元件 ?使用病变细胞的组织特异性启动子、增强子元件 1.使用正常细胞的组织特异性启动子、增强子元件 例如，酪氨酸酶是皮肤细胞和黑色素瘤细胞产生色素途径中的一种酶，可利用其启动子驱动治疗基因只在黑色素瘤细胞中表达，而不在正常的周边细胞中表达。 不同类型的正常细胞或组织中往往存在某些特有的蛋白质，它们的基因表达调控元件可用于驱动治疗基因的特异性表达，从而起到治疗作用。 前列腺特异性抗原(PSA)是参与精液凝块中蛋白质降解、使精液液化的一种丝氨酸蛋白酶。它主要在前列腺中产生，而在前列腺癌细胞中含量很高，可以利用PSA基因调控元件驱动治疗基因在PSA阳性的前列腺癌细胞中表达而发挥作用，而其在PSA阴性细胞和非前列腺癌细胞中不能使治疗基因表达。 2.使用病变细胞的组织特异性启动子、增强子元件 某些病变的细胞或组织产生一些特殊的蛋白质，其基因表达调节元件也可以用来控制治疗基因的特异性表达。 甲胎蛋白(AFP)基因正常情况下只在胚胎肝细胞中表达，不在成年肝脏细胞中表达。肝细胞腺癌细胞中AFP基因异常激活，因此可利用该基因启动子驱动治疗基因(如自杀基因)在癌细胞中表达，使癌细胞经给药后被杀死。 癌胚抗原(CEA)是膜糖蛋白家族的成员，在许多腺癌细胞中表达很高，采用其启动子可以使治疗基因只在CEA阳性的癌细胞中表达，而不会在阴性细胞中表达。 （二）基因外部的调节机制 除利用基因内部的调节机制以外，还可通过施加外部刺激，促进治疗基因在特定细胞或组织中表达。 采用热休克蛋白基因的表达调控元件来启动治疗基因，可以通过对病灶局部进行热处理，达到使治疗基因特异性表达的目的。 Egr-1基因是一种编码锌指转录因子的早期基因，包括电离辐射和细胞因子等在内的多种外部刺激都可以诱导其表达，将其调控序列启动的治疗基因(如肿瘤坏死因子基因)导入肿瘤组织，可在电离辐射等作用下，使治疗基因获得暂时性的局部表达，杀死肿瘤细胞。 组织纤溶酶原激活物(t-PA)作为溶解血栓的药剂，在中风和心肌梗死等疾病治疗中起着重要的作用。t-PA的活性在辐射后增加50倍，表明其基因表达调控元件中存在受辐射诱导的调控元件，故可利用其调控元件启动治疗基因的表达，增强放疗效果。 （三）利用病灶微环境使治疗基因特异性表达 病灶微环境与正常时往往不同，因此可利用这些变化控制治疗基因的表达。 例如，在肿瘤病灶处，常常出现葡萄糖缺乏等情况，葡萄糖调节蛋白GRP78/Bip的含量也随之增加，使癌细胞能够抵御应激。当采用这种基因的启动子来控制治疗基因时，可以使治疗基因在肿瘤细胞中表达，使肿瘤组织坏死。 肿瘤细胞生长速度快于形成血管的内皮细胞，造成供血不足，因此在肿瘤内部形成酸性、缺氧和营养缺乏的区域。缺氧条件可以通过缺氧诱导因子(HIF-1)和缺氧响应元件(HRE)相互作用，调节一些基因的表达；如果采用缺氧响应元件(HRE)来控制治疗基因的