病毒复制和包装所必需的顺式作用元件和外源基因的表达盒
一般地,病毒复制和包装所必需的顺式作用元件和外源基因的表达盒由细菌质粒携带,组成病毒载体质粒,是被包装的对象 。由于病毒复制方式的不同,有些病毒载体如单纯疱疹病毒扩增子(HSV amplicon)载体在包装时,整个载体质粒都被包装进入病毒颗粒中;而有些病毒载体如反转录病毒、腺病毒伴随病毒载体的质粒骨架部分并不被包装到病毒颗粒中,只有病毒复制和包装所必需的顺式作用元件和外源基因表达盒被包装到病毒颗粒中 。
构建重组型病毒载体时,病毒复制和包装所需的顺式作用元件存在于病毒基因组中(病毒基因组可以由具有感染性的病毒颗粒提供,也可以质粒形式提供) 。先将外源基因表达盒插入穿梭质粒携带的病毒同源序列中;将重组穿梭质粒转染至细胞中,再用辅助病毒超感染;或将重组穿梭质粒与病毒基因组质粒共转染细胞;重组质粒与病毒基因组在细胞中进行同源重组而产生表达外源基因的重组病毒 。重组腺病毒(Graham FL and Prevec L 1995)和重组单纯疱疹病毒(Pyles RB et al. 1997;Kramm CM et al. 1997)的传统制备方法都是采用这种方式 。
为了使病毒载体的生产更为方便,病毒复制和包装所必需的顺式作用元件和外源基因的表达盒除了可以用质粒携带以外,也可以用另一种病毒(往往是辅助病毒)或生产细胞来携带 。
辅助元件
包括病毒复制和包装所必需的所有反式作用元件 。这些元件一般包括病毒基因转录调控基因、病毒DNA合成和包装所需的各种酶类的基因、病毒的外壳蛋白基因等 。辅助元件的表现形式可以多种多样 。常用的形式有:
① 辅助质粒(helper plasmid),如用于产生重组腺病毒的质粒JM17,用于重组AAV包装的辅助质粒pAAV/Ad(Rolling F and Samulski J 1995)等;
② 辅助病毒(helper virus),如用于HSV 扩增子载体包装的辅助病毒HSV1 tsK株;
③ 包装细胞系如用于反转录病毒载体包装的PA317细胞 。
这些表现形式之间可以相互转化或合并 。例如,辅助病毒可以转化为辅助质粒:传统的AAV载体生产系统常用腺病毒作为辅助病毒 。研究发现,并非腺病毒的所有基因对AAV病毒的产生都是必需的,只需要腺病毒E1a, E1b, E2a, E4和VA RNA 5种基因就行了 。因此,将这5种基因置于同一个质粒中,构建成的这种新的辅助质粒就完全可以替代原来的辅助病毒(Xiao X et al. 1998; Grimm D et al. 1998 ),不但提高了包装效率,而且避免了产品中腺病毒污染的问题 。
上述几种要素的不同组合,便产生了各种各样的病毒载体包装策略 。根据病毒载体生产系统的组成因素的多少,可将其分成以下几种:
单组成因素生产系统(one-component system):
所有的组成成分都集中在生产细胞中 。经典的反转录病毒生产系统就是由产病毒细胞(VPC)组成,重组反转录病毒由VPC细胞不断分泌至培养上清中 。这种生产系统操作最为简单,但是往往产量不高或不稳定 。采用这种策略,需要将重组病毒产生所需要的所有元件都稳定地置于生产细胞中 。由于许多病毒基因产物本身对细胞有破坏作用或不能在细胞中稳定表达,因此这种策略在许多病毒载体的生产中难以实施 。
双组成因素生产系统(two-component system)
这种生产系统一般由"一株病毒/一株细胞"组成 。典型的例子是重组腺病毒生产系统 。先用共转染的方法获得重组腺病毒毒种,再由该毒种和生产细胞(如293细胞)组成一个双组成因素的生产系统使病毒大量扩增 。
多组成因素生产系统(multi-component system)
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