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Method Article
* 这些作者具有相同的贡献
本研究构建了人腺病毒 7 型 (HAdV-7) 的感染性克隆,并通过修饰感染性克隆建立了 E3 缺失的 HAdV-7 载体系统。此处使用的这种策略可以推广为从其他野生型腺病毒制备基因转移载体。
腺病毒载体被用作基因治疗中的基因转移工具已有三十多年的历史。在这里,我们介绍了一种通过使用 DNA 组装方法纵野生型 HAdV-7 的基因组 DNA 来构建腺病毒载体的方案。首先,通过将病毒基因组 DNA 与质粒骨架的 PCR 产物融合,通过 DNA 组装产生 HAdV-7 的感染性克隆 pKan-Ad7,该质粒骨架由卡那霉素抗性基因和复制起点 (Kan-Ori) 组成。这是通过设计一对 PCR 引物来完成的,该引物在 5' 端包含 HAdV-7 反向末端重复序列 (ITR) 末端序列的 ~25 个核苷酸,中间包含一个用于 HAdV-7 基因组的非切割限制性内切酶位点,以及一个用于 PCR 引发的模板特异性序列在 3' 端。其次,采用基于质粒的中间体策略,用感染性克隆中的转基因表达元件替换 E3 区域,以生成腺病毒载体。简而言之,用双切割限制性内切酶 Hpa I 消化 pKan-Ad7,并通过 Gibson 组装将含有 E3 区的片段连接到质粒骨架的另一个 PCR 产物上,构建中间质粒 pKan-Ad7HpaI。为方便起见,采用限制性组装来指定限制性消化和组装相结合的质粒克隆方法。使用限制性组装,pKan-Ad7HpaI 中的 E3 基因被绿色荧光蛋白 (GFP) 表达盒取代,修饰的 E3 区从中间质粒中释放并恢复到感染性克隆中,生成腺病毒质粒 pKAd7-E3GFP。最后,pKAd7-E3GFP 通过 Pme I 消化线性化,用于转染 HEK293 包装细胞以挽救重组 HAdV-7 病毒。总而言之,这里介绍了一种基于 DNA 组装的策略,用于在分子生物学的一般实验室中构建腺病毒载体,而无需专门的材料和仪器。
在过去的三十年里,重组腺病毒载体因其出色的生物学特性(如基因转导效率高、不整合到宿主基因组、纵病毒基因组和易于大规模生产)而被广泛用于疫苗开发和基因治疗 1,2,3,4 以及基础研究。
目前,最常用的腺病毒载体是基于人腺病毒 5 (HAdV-5) 构建的5,6。尽管 HAdV-5 载体介导的转导提供了令人鼓舞的结果,但临床前和临床应用揭示了几个缺点(例如,人类群体中预先存在的抗载体免疫力高,而在缺乏柯萨奇病毒和腺病毒受体 (CAR) 的细胞中转导效率低)。为了规避这些问题,人们非常感兴趣于构建基于其他人类或哺乳动物腺病毒类型的载体 3,7,8。
到目前为止,构建腺病毒载体最流行的方法是细菌中的同源重组5。这种细菌菌株必须表达重组酶,这会影响它们携带的质粒的稳定性或扩增。有些菌株甚至在市场上无法买到。最近,基于其他原理的方法,包括细菌人工染色体、直接克隆或直接 DNA 组装,已被用于生成腺病毒或重组腺病毒载体的感染性克隆 9,10,11,12。然而,这些方法对于在该领域经验不足的研究人员来说有些不友好。
2018 年,通过 Gibson 组装13 将病毒基因组与携带质粒骨架的 PCR 产物直接连接,简化了在实验室构建腺病毒感染性克隆的过程。之后,将限制性消化和 Gibson 组装的方法结合在一起,将转基因加载到现有的腺病毒质粒14、15、16、17、18 中。为方便起见,以下使用限制性组装来指限制性内切酶消化和 Gibson 组装的组合方法。通过使用限制性组装19 进一步开发从感染性克隆构建腺病毒载体的策略。限制性组装的本质是在 DNA 组装反应中尽可能多地包含从质粒中切除的片段,而短 PCR 产物用作质粒修饰的接头或贴片。同时,包含的片段数量尽可能少。这些努力反映了回报;可以最大限度地减少 PCR 或 DNA 组装引起的不需要的突变的可能性,并提高成功率。总之,在实验室 13,14,15,16,17,18,19 中建立了从野生型腺病毒到腺病毒载体的管道。
在这里,我们试图通过提供构建 HAdV-7 感染性克隆和 E3 缺失复制能力 HAdV-7 载体的示例来介绍这些方法。
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注:腺病毒被归类为生物安全 2 级 (BSL-2);使用病毒的所有步骤均在生物安全 2 级实验室中进行。野生型 HAdV-7 于 2017 年从北京儿童医院20 医院因急性呼吸道感染住院的 10 个月大婴儿的鼻咽抽吸物标本中分离出来。将病毒原液储存在 -80 °C 下。
1. HAdV-7 基因组 DNA 的提取
2. 通过 DNA 组装构建 HAdV-7 感染性克隆
3. 中间质粒 的计算机构建 和修饰
注意:通常应构建中间质粒,如何构建理想的中间质粒是关键步骤。设计中间质粒需要带有限制性内切酶模块的 DNA 分析软件,例如 pDRAW32(免费软件,可在 www.acaclone.com 获得)。
4. HEK293 细胞中感染性重组腺病毒的拯救
注意:本文生成的三种腺病毒均按照以下方案进行挽救。
5. 构建 E3 缺失的 HAdV-7 基因组质粒
注:HAdV-7 的基因组长度为 35,239 bp,E3 区域位于基因组的 27,354 bp 和 31,057 bp 之间。要构建中间质粒,请在感染性克隆质粒上找到一个具有两个切割位点的核酸内切酶,或在质粒上找到两个具有单个切割位点的核酸内切酶。有 Hpa I、Sal I 或 Avr II 和 Mlu I 可用。BstZ17 I (28,312 bp) 和 Mlu I (30,757 bp) 之间的序列将被删除并替换为 CMV-GFP-PA 盒或 CMV-mCherry-PA 盒。
6. 重组腺病毒在 HEK293 细胞中的扩增和纯化
7. 通过限制性内切酶消化鉴定重组腺病毒基因组
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构建 HAdV-7 感染性克隆的策略如图 1 和 图 2 所示。随机选择两个感染性克隆质粒,分别通过 BstZ17 I 、 BamH I 和 EcoR V 进行鉴定。结果表明,片段与预期大小一致(图 2A),表明质粒构建正确。将 Pme I 线性化质粒转染到 HEK293 细胞中 12 天后,可以在细胞中看到彗星病灶(图 2B),表明...
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不同的腺病毒具有不同的组织嗜性,宿主对不同腺病毒的预先存在的免疫力的流行率在人类中可以剧烈波动24,这引起了构建用于基因治疗或疫苗开发的新型腺病毒载体的兴趣。然而,对于分子生物学的通用实验室来说,建立新的腺病毒载体系统仍然很麻烦。
在这里,我们介绍了一种通过使用限制性消化和 Gibson 组装技术从野生型腺...
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作者声明没有利益冲突。
本研究由北京市自然科学基金 (7204258)、国家自然科学基金 (82161138001, 82072266)、中国医学科学院医学创新基金 (2019-I2M-5-026) 资助,首都卫生发展与研究专项 (2021-1G-3012) 资助北京市必需呼吸道病原体分子示踪研究与应用。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL polypropylene microcentrifuge Tube | Axygen | MCT-150-C | Storage of virus |
15 mL polypropylene centrifuge tubes | Corning | 430790 | Storage of virus |
150 mm TC-treated culture dishes | Corning | 430599 | Growth of HEK29E cells |
20 K MWCO dialysis cassette | ThermoFisher Scientific | 66005 | Dialysis of virus |
Acetic acid | Amresco | 714 | Extraction of DNA |
Afl II | NEB | R0520 | Digestion |
Agarose | Takara | 5260 | Electrophoresis |
Age I | NEB | R0552 | Digestion |
Asc I | NEB | R0558 | Digestion |
BamH I | NEB | R0136 | Digestion |
Benzonase Nuclease | Sigma | E8263-25KU | Purification of virus |
BsrG I | NEB | R0575 | Digestion |
Cell lifter | Corning | 3008 | Scrape off the cells |
CsCl | Sigma | C3032 | Purification of virus |
DNA gel recovery kit | Zymo | D4045 | Recovery of DNA |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) | Cytiva | SH30022.01 | HEK293 cells medium |
E.coli TOP10 competent cells | TIANGEN BIOTECH (BEIJING) CO.,LTD. | CB-104 | Transformation of assembly product |
EcoR V | NEB | R3195 | Digestion |
EDTA | Thermo Fisher Scientific | R3104 | Extraction of DNA |
Fetal bovine serum (FBS) | Cytiva | SV30208.02 | HEK293 cells culture |
Genomic DNA Clean and concentrator kit | Zymo | D4065 | Purification of DNA |
Glycerol | Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd | G810575 | Dialysis of virus |
HEK293 cells | ATCC | CRL-1573 | Amplification of virus |
High-Fidelity DNA Polymerase | NEB | M0491 | PCR |
Hind III | NEB | R3104 | Digestion |
Kanamycin sulfate | Amresco | 408 | Selection of plasmid |
Kpn I | NEB | R3142 | Digestion |
Lambda/HindIII DNA marker | Takara | 3403 | Electrophoresis |
LB broth | BD | 240230 | LB plate for bacteria |
LB medium | Solarbio Life Science | L1010 | Medium for bacteria |
MgCl2 | Sigma | 63068 | Dialysis of virus |
Microcentrifuge | Thermo Fisher Scientific | Sorvall Legend Micro 21R | Extraction of DNA |
NaCl | Sigma | S5886 | Dialysis of virus |
Nde I | NEB | R0111 | Digestion |
NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix | NEB | E2621 | DNA assembly |
Nhe I | NEB | R0131 | Digestion |
Phosphate Buffered Saline | Cytiva | SH30256.01 | Washing of cells |
Pipette | Thermo Fisher Scientific | Matrix | Aspirate the medium |
Plasmid Maxprep Kit | Vigorous Biotechnology Beijing Co., Ltd. | N001 | Extraction of DNA |
Plasmid Miniprep Kit | TIANGEN BIOTECH (BEIJING) CO.,LTD. | DP103 | Extraction of DNA |
Pme I | NEB | R0560 | Digestion |
Potassium acetate | Amresco | 698 | Extraction of DNA |
Protease K | Thermo Fisher Scientific | AM2542 | Extraction of DNA |
pShuttle-CMV | Stratagene | 240007 | PCR template |
RNase | Beyotime | D7089 | Extraction of DNA |
Sal I | NEB | R0138 | Digestion |
Sbf I | NEB | R3642 | Digestion |
SDS | Amresco | 227 | Extraction of DNA |
Swinging-bucket rotor | HITACHI | S52ST | Purification of virus |
T-25 cell flask | Corning | 430639 | Growth of HEK29E cells |
T-75 cell flask | Corning | 430641 | Growth of HEK29E cells |
Transfection reagent | Polyplus-transfection | 114-15 | Transfection |
Transmission electron microscope | FEI | TECNAI 12 | Obsevation of virus |
Tris-HCl | Amresco | 234 | Dialysis of virus |
Ultracentrifuge | HITACHI | Himac CS120GXII | Purification of virus |
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