Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Biến đổi gen CXCR4 bằng Cas9 từ Staphylococcus aureus giúp tế bào kháng lại nhiễm HIV-1
Tóm tắt
Hệ thống CRISPR/Cas9 đã được sử dụng rộng rãi trong chỉnh sửa gen ở các tế bào động vật có vú. CXCR4 là một đồng thụ thể cho virus gây suy giảm miễn dịch ở người type 1 (HIV-1), và việc mất chức năng CXCR4 có thể bảo vệ tế bào khỏi nhiễm HIV-1 thuộc tuýp CXCR4 (X4), khiến CXCR4 trở thành một mục tiêu quan trọng cho liệu pháp gen HIV-1. Tuy nhiên, kích thước lớn của hệ thống CRISPR/SpCas9 đã tạo ra một trở ngại cho việc chuyển giao hiệu quả vào các tế bào T CD4+ nguyên thủy. Gần đây, một Cas9 nhỏ từ Staphylococcus aureus (SaCas9) đã được phát triển như một công cụ chỉnh sửa gen để giải quyết vấn đề này. Do đó, nó cung cấp một chiến lược triển vọng cho liệu pháp gen HIV-1 nếu được sử dụng để nhắm vào CXCR4. Ở đây, chúng tôi đã sử dụng một phiên bản ngắn của Cas9 từ Staphylococcus aureus (SaCas9) để nhắm vào CXCR4. Chúng tôi đã chứng minh rằng việc chuyển giao virus lentivirus mang SaCas9 và các RNA dẫn đường đơn cho CXCR4 vào các dòng tế bào T CD4+ của người đã kích hoạt hiệu quả quá trình chỉnh sửa gen CXCR4, khiến các dòng tế bào này kháng lại nhiễm HIV-1 thuộc tuýp X4. Hơn nữa, chúng tôi đã chuyển giao hiệu quả các tế bào T CD4+ nguyên thủy của người bằng virus adeno liên kết mang CRISPR/SaCas9 và đã làm gián đoạn biểu hiện CXCR4. Chúng tôi cũng cho thấy rằng các tế bào T CD4+ nguyên thủy đã chỉnh sửa CXCR4 sinh sản bình thường và kháng lại nhiễm HIV-1. Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp cơ sở cho việc áp dụng chỉnh sửa gen nhắm vào CXCR4 bằng CRISPR/SaCas9 trong liệu pháp gen HIV-1.
Từ khóa
#CXCR4 #HIV-1 #CRISPR #SaCas9 #chỉnh sửa genTài liệu tham khảo
Anderson JL, Fromentin R, Corbelli GM, Ostergaard L, Ross AL. Progress towards an HIV cure: update from the 2014 international AIDS society symposium. AIDS Res Hum Retrovir. 2015;31(1):36–44.
Barre-Sinoussi F, Ross AL, Delfraissy JF. Past, present and future: 30 years of HIV research. Nat Rev Microbiol. 2013;11(12):877–83.
Feng Y, Broder CC, Kennedy PE, Berger EA. HIV-1 entry cofactor: functional cDNA cloning of a seven-transmembrane, G protein-coupled receptor. Science. 1996;272(5263):872–7.
Deng HK, Liu R, Ellmeier W, Choe S, Unutmaz D, Burkhart M, et al. Identification of a major co-receptor for primary isolates of HIV-1. Nature. 1996;381(6584):661–6.
Samson M, Libert F, Doranz BJ, Rucker J, Liesnard C, Farber CM, et al. Resistance to HIV-1 infection in caucasian individuals bearing mutant alleles of the CCR-5 chemokine receptor gene. Nature. 1996;382(6593):722–5.
Liu R, Paxton WA, Choe S, Ceradini D, Martin SR, Horuk R, et al. Homozygous defect in HIV-1 coreceptor accounts for resistance of some multiply-exposed individuals to HIV-1 infection. Cell. 1996;86(3):367–77.
Allers K, Hutter G, Hofmann J, Loddenkemper C, Rieger K, Thiel E, et al. Evidence for the cure of HIV infection by CCR5Δ32/Δ32 stem cell transplantation. Blood. 2011;117(10):2791–9.
Huetter G, Nowak D, Mossner M, Ganepola S, Muessig A, Allers K, et al. Long-term control of HIV by CCR5Δ32/Δ32 stem-cell transplantaion. New Engl J Med. 2009;360(7):692–8.
Connor RI, Sheridan KE, Ceradini D, Choe S, Landau NR. Change in coreceptor use correlates with disease progression in HIV-1-infected individuals. J Exp Med. 1997;185(4):621–8.
Huang W, Toma J, Stawiski E, Fransen S, Wrin T, Parkin N, et al. Characterization of human immunodeficiency virus type 1 populations containing CXCR4-using variants from recently infected individuals. AIDS Res Hum Retrovir. 2009;25(8):795–802.
Urnov FD, Rebar EJ, Holmes MC, Zhang HS, Gregory PD. Genome editing with engineered zinc finger nucleases. Nat Rev Genet. 2010;11(9):636–46.
Joung JK, Sander JD. TALENs: a widely applicable technology for targeted genome editing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2013;14(1):49–55.
Cong L, Ran FA, Cox D, Lin S, Barretto R, Habib N, et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science. 2013;339(6121):819–23.
Mali P, Yang L, Esvelt KM, Aach J, Guell M, DiCarlo JE, et al. RNA-Guided human genome engineering via Cas9. Science. 2013;339(6121):823–6.
Wilen CB, Wang J, Tilton JC, Miller JC, Kim KA, Rebar EJ, et al. Engineering HIV-resistant human CD4+ T cells with CXCR4-specific zinc-finger nucleases. PLoS Pathog. 2011;7(4):e1002020.
Yuan J, Wang J, Crain K, Fearns C, Kim KA, Hua KL, et al. Zinc-finger nuclease editing of human cxcr4 promotes HIV-1 CD4(+) T cell resistance and enrichment. Mol Ther. 2012;20(4):849–59.
Didigu CA, Wilen CB, Wang J, Duong J, Secreto AJ, Danet-Desnoyers GA, et al. Simultaneous zinc-finger nuclease editing of the HIV coreceptors CCR5 and CXCR4 protects CD4(+) T cells from HIV-1 infection. Blood. 2014;123(1):61–9.
Gaj T, Gersbach CA, Barbas CF. ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends Biotechnol. 2013;31(7):397–405.
Hultquist JF, Schumann K, Woo JM, Manganaro L, McGregor MJ, Doudna J, et al. A Cas9 ribonucleoprotein platform for functional genetic studies of HIV-host interactions in primary human T Cells. Cell Rep. 2016;17(5):1438–52.
Hou P, Chen S, Wang S, Yu X, Chen Y, Jiang M, et al. Genome editing of CXCR4 by CRISPR/Cas9 confers cells resistant to HIV-1 infection. Sci Rep. 2015;5:15577.
Li C, Guan X, Du T, Jin W, Wu B, Liu Y, et al. Inhibition of HIV-1 infection of primary CD4+ T-cells by gene editing of CCR5 using adenovirus-delivered CRISPR/Cas9. J Gen Virol. 2015;96(8):2381–93.
Wang W, Ye C, Liu J, Zhang D, Kimata JT, Zhou P. CCR5 gene disruption via lentiviral vectors expressing Cas9 and single guided RNA renders cells resistant to HIV-1 infection. PLoS ONE. 2014;9(12):e115987.
Gori JL, Hsu PD, Maeder ML, Shen S, Welstead GG, Bumcrot D. Delivery and specificity of CRISPR-Cas9 genome editing technologies for human gene therapy. Hum Gene Ther. 2015;26(7):443–51.
Choi JG, Dang Y, Abraham S, Ma H, Zhang J, Guo H, et al. Lentivirus pre-packed with Cas9 protein for safer gene editing. Gene Ther. 2016;23(7):627–33.
Ran FA, Cong L, Yan WX, Scott DA, Gootenberg JS, Kriz AJ, et al. In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9. Nature. 2015;520(7546):186–91.
Kaminski R, Bella R, Yin C, Otte J, Ferrante P, Gendelman HE, et al. Excision of HIV-1 DNA by gene editing: a proof-of-concept in vivo study. Gene Ther. 2016;23(8–9):696.
Yin C, Zhang T, Qu X, Zhang Y, Putatunda R, Xiao X, et al. In vivo excision of HIV-1 provirus by saCas9 and multiplex single-guide RNAs in animal models. Mol Ther. 2017;25(5):1168–86.
Mingozzi F, High KA. Immune responses to AAV vectors: overcoming barriers to successful gene therapy. Blood. 2013;122(1):23–36.
Sather BD, Romano Ibarra GS, Sommer K, Curinga G, Hale M, Khan IF, et al. Efficient modification of CCR5 in primary human hematopoietic cells using a megaTAL nuclease and AAV donor template. Sci Transl Med. 2015;7(307):307ra156.
Wang J, DeClercq JJ, Hayward SB, Li PW, Shivak DA, Gregory PD, et al. Highly efficient homology-driven genome editing in human T cells by combining zinc-finger nuclease mRNA and AAV6 donor delivery. Nucleic Acids Res. 2016;44(3):e30.
Wang J, Exline CM, DeClercq JJ, Llewellyn GN, Hayward SB, Li PW, et al. Homology-driven genome editing in hematopoietic stem and progenitor cells using ZFN mRNA and AAV6 donors. Nat Biotechnol. 2015;33(12):1256–63.
Cecilia D, KewalRamani VN, O’Leary J, Volsky B, Nyambi P, Burda S, et al. Neutralization profiles of primary human immunodeficiency virus type 1 isolates in the context of coreceptor usage. J Virol. 1998;72(9):6988–96.
Derdeyn CA, Decker JM, Sfakianos JN, Zhang Z, O’Brien WA, Ratner L, et al. Sensitivity of human immunodeficiency virus type 1 to fusion inhibitors targeted to the gp41 first heptad repeat involves distinct regions of gp41 and is consistently modulated by gp120 interactions with the coreceptor. J Virol. 2001;75(18):8605–14.
Bae S, Park J, Kim JS. Cas-OFFinder: a fast and versatile algorithm that searches for potential off-target sites of Cas9 RNA-guided endonucleases. Bioinformatics. 2014;30(10):1473–5.
Wang CX, Cannon PM. Clinical applications of genome editing to HIV cure. AIDS Patient Care STDS. 2016;30(12):539–44.
Bleul CC, Fuhlbrigge RC, Casasnovas JM, Aiuti A, Springer TA. A highly efficacious lymphocyte chemoattractant, stromal cell-derived factor 1 (SDF-1). J Exp Med. 1996;184(3):1101–9.
Nagasawa T, Hirota S, Tachibana K, Takakura N, Nishikawa S, Kitamura Y, et al. Defects of B-cell lymphopoiesis and bone-marrow myelopoiesis in mice lacking the CXC chemokine PBSF/SDF-1. Nature. 1996;382(6592):635–8.
Chung SH, Seki K, Choi BI, Kimura KB, Ito A, Fujikado N, et al. CXC chemokine receptor 4 expressed in T cells plays an important role in the development of collagen-induced arthritis. Arthritis Res Ther. 2010;12(5):R188.
Liu Z, Chen S, Jin X, Wang Q, Yang K, Li C, et al. Genome editing of the HIV co-receptors CCR5 and CXCR4 by CRISPR-Cas9 protects CD4+ T cells from HIV-1 infection. Cell Biosci. 2017;7:47.
Holehonnur R, Lella SK, Ho A, Luong JA, Ploski JE. The production of viral vectors designed to express large and difficult to express transgenes within neurons. Mol Brain. 2015;8:12.
Liu Y, Zhou J, Pan J-A, Mabiala P, Guo D. A novel approach to block HIV-1 coreceptor CXCR4 in non-toxic manner. Mol Biotechnol. 2014;56(10):890–902.
Guschin DY, Waite AJ, Katibah GE, Miller JC, Holmes MC, Rebar EJ. A rapid and general assay for monitoring endogenous gene modification. Methods Mol Biol. 2010;649:247–56.