Name: engineering and evolution of synthetic adeno-associated virus (aav) gene therapy vectors via dna family shuffling
Uploaded: 2012-04-02T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Engineering and Evolution of Synthetic Adeno-Associated Virus AAV Gene Therapy Vectors via DNA Family Shuffling at JoVE.com

Los autores agradecen el apoyo sobresaliente de su laboratorio, los miembros del equipo y el trabajo del Cluster de Excelencia CellNetworks la Universidad de Heidelberg, así como por la Chica y Heinz Schaller (CHS) fundación. Somos conscientes de que la evolución molecular de AAV a través del ADN de la familia arrastrando los pies se ha convertido en un campo muy activo desde nuestra primera publicación hace tres años y por lo tanto, pedir disculpas a todos los autores de las publicaciones pertinentes, cuyo trabajo no podría ser citado aquí, debido a limitaciones de espacio.

1. Preparación de los Juegos de plásmido que codifica los genes de la cápsida AAV <ol><li> Para facilitar la preparación de rutina de cantidades suficientes de los diversos AAV cápside (PAC) los genes de ADN posterior arrastrando los pies, en un principio subclonar estos genes en un plásmido columna vertebral común. Es importante incluir idénticas secuencias flanqueantes de&gt; 20 nucleótidos para su uso posterior como sitios de unión del cebador para PCR y para la clonación (Fig. 2).</stro...

<ol>
	<li>Grimm, D., Kay, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+virus+evolution+to+vector+revolution:+use+of+naturally+occurring+serotypes+of+adeno-associated+virus+(AAV)+as+novel+vectors+for+human+gene+therapy.">From virus evolution to vector revolution: use of naturally occurring serotypes of adeno-associated virus (AAV) as novel vectors for human gene therapy.</a> Curr. Gene Ther. 3, 281-304 (2003).</li><li>Grimm, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+methods+for+gene+transfer+vectors+based+on+adeno-associated+virus+serotypes.">Production methods for gene transfer vectors based on adeno-associated virus serotypes.</a> Methods. 28, 146-157 (2002).</li><li>Grimm, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+gene+therapy+vector+evolution+via+multispecies+interbreeding+and+retargeting+of+adeno-associated+viruses.">In vitro and in vivo gene therapy vector evolution via multispecies interbreeding and retargeting of adeno-associated viruses.</a> J. Virol. 82, 5887-5911 (2008).</li><li>Muller, O. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Random+peptide+libraries+displayed+on+adeno-associated+virus+to+select+for+targeted+gene+therapy+vectors.">Random peptide libraries displayed on adeno-associated virus to select for targeted gene therapy vectors.</a> Nat. Biotechnol. 21, 1040-1046 (2003).</li><li>Perabo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+selection+of+viral+vectors+with+modified+tropism:+the+adeno-associated+virus+display.">In vitro selection of viral vectors with modified tropism: the adeno-associated virus display.</a> Mol. Ther. 8, 151-157 (2003).</li><li>Zolotukhin, S., Potter, M., Hauswirth, W. W., Guy, J., Muzyczka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+"humanized"+green+fluorescent+protein+cDNA+adapted+for+high-level+expression+in+mammalian+cells.">A "humanized" green fluorescent protein cDNA adapted for high-level expression in mammalian cells.</a> J. Virol. 70, 4646-4654 (1996).</li><li>Wobus, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monoclonal+antibodies+against+the+adeno-associated+virus+type+2+(AAV-2)+capsid:+epitope+mapping+and+identification+of+capsid+domains+involved+in+AAV-2-cell+interaction+and+neutralization+of+AAV-2+infection.">Monoclonal antibodies against the adeno-associated virus type 2 (AAV-2) capsid: epitope mapping and identification of capsid domains involved in AAV-2-cell interaction and neutralization of AAV-2 infection.</a> J. Virol. 74, 9281-9293 (2000).</li><li>Grimm, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatality+in+mice+due+to+oversaturation+of+cellular+microRNA/short+hairpin+RNA+pathways.">Fatality in mice due to oversaturation of cellular microRNA/short hairpin RNA pathways.</a> Nature. 441, 537-541 (2006).</li><li>Nakai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unrestricted+hepatocyte+transduction+with+adeno-associated+virus+serotype+8+vectors+in+mice.">Unrestricted hepatocyte transduction with adeno-associated virus serotype 8 vectors in mice.</a> J. Virol. 79, 214-224 (2005).</li><li>Koerber, J. T., Jang, J. H., Schaffer, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+shuffling+of+adeno-associated+virus+yields+functionally+diverse+viral+progeny.">DNA shuffling of adeno-associated virus yields functionally diverse viral progeny.</a> Mol. Ther. 16, 1703-1709 (2008).</li><li>Li, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+and+selection+of+shuffled+AAV+genomes:+a+new+strategy+for+producing+targeted+biological+nanoparticles.">Engineering and selection of shuffled AAV genomes: a new strategy for producing targeted biological nanoparticles.</a> Mol. Ther. 16, 1252-1260 (2008).</li><li>Ward, P., Walsh, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chimeric+AAV+Cap+sequences+alter+gene+transduction.">Chimeric AAV Cap sequences alter gene transduction.</a> Virology. 386, 237-248 (2009).</li><li>Yang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+myocardium+tropic+adeno-associated+virus+(AAV)+evolved+by+DNA+shuffling+and+in+vivo+selection.">A myocardium tropic adeno-associated virus (AAV) evolved by DNA shuffling and in vivo selection.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 3946-3951 (2009).</li><li>Perabo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combinatorial+engineering+of+a+gene+therapy+vector:+directed+evolution+of+adeno-associated+virus.">Combinatorial engineering of a gene therapy vector: directed evolution of adeno-associated virus.</a> J. Gene. Med. 8, 155-162 (2006).</li><li>Maheshri, N., Koerber, J. T., Kaspar, B. K., Schaffer, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+evolution+of+adeno-associated+virus+yields+enhanced+gene+delivery+vectors.">Directed evolution of adeno-associated virus yields enhanced gene delivery vectors.</a> Nat. Biotechnol. 24, 198-204 (2006).</li><li>Wu, Z., Asokan, A., Samulski, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adeno-associated+virus+serotypes:+vector+toolkit+for+human+gene+therapy.">Adeno-associated virus serotypes: vector toolkit for human gene therapy.</a> Mol. Ther. 14, 316-327 (2006).</li><li>Kwon, I., Schaffer, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designer+gene+delivery+vectors:+molecular+engineering+and+evolution+of+adeno-associated+viral+vectors+for+enhanced+gene+transfer.">Designer gene delivery vectors: molecular engineering and evolution of adeno-associated viral vectors for enhanced gene transfer.</a> Pharm. Res. 25, 489-499 (2008).</li><li>Perabo, L., Huber, A., Marsch, S., Hallek, M., Buning, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+evolution+with+adeno-associated+viral+libraries.">Artificial evolution with adeno-associated viral libraries.</a> Comb. Chem. High. Throughput. Screen. 11, 118-126 (2008).</li><li>McCarty, D. M., Monahan, P. E., Samulski, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-complementary+recombinant+adeno-associated+virus+(scAAV)+vectors+promote+efficient+transduction+independently+of+DNA+synthesis.">Self-complementary recombinant adeno-associated virus (scAAV) vectors promote efficient transduction independently of DNA synthesis.</a> Gene Ther. 8, 1248-1254 (2001).</li></ol>

En este sentido, hemos delineado los pasos esenciales de experimentación y directrices para la AAV cápside de ingeniería a través de la familia de ADN revolver y para la evolución de las células o en animales. En esencia, estos protocolos son versiones estándar de los procedimientos se informó por primera en el campo de AAV en 2008 3. Mientras que un aluvión de estudios de seguimiento por otros han informado de numerosas modificaciones, por ejemplo, 10-13, nuestras versiones actua...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> DNasa I </td><td> Invitrogen </td><td> 18068-015 </td></tr><tr><td> Polietilenimina (PEI) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 408727 </td></tr><tr><td> Las enzimas de restricción </td><td> NEB </td><td> Varios </td></tr><tr><td> T4 ADN ligasa </td><td> NEB </td><td> M0202T </td></tr><tr><td> Gel kit de extracción de </td><td> Qiagen </td><td> 28704 </td></tr><tr><td> Phusion II Juego de la polimerasa </td><td> Finnzymes (NEB) </td><td> F-540S </td></tr><tr><td> HotStar alta fidelidad Kit de la polimerasa </td><td> Qiagen </td><td> 202602 </td></tr><tr><td> DMSO </td><td> Finnzymes (NEB) </td><td> F-540S (parte del kit) </td></tr><tr><td> EDTA (25 mM) </td><td> Invitrogen </td><td> 18068-015 (parte del kit) </td></tr><tr><td> Tris </td><td> Roth </td><td> 4855.2 </td></tr><tr><td> Ampicilina sal de sodio </td><td> Roth </td><td> K029.2 </td></tr><tr><td> dNTP (10 mM, 100 l) </td><td> Invitrogen </td><td> 18427013 </td></tr><tr><td> Iodixanol (OptiPrep) </td><td> Axis-Shield </td><td> 1114739 </td></tr><tr><td> PHENOLRED </td><td> Merck </td><td> 107241 </td></tr><tr><td> Kit de preparación de plásmido Mega </td><td> Qiagen </td><td> 12181 </td></tr><tr><td> Ultracentrífuga </td><td> Beckman-Coulter </td><td> Optima L90K </td></tr><tr><td> Quick-Seal tubos de centrífuga </td><td> Beckman-Coulter </td><td> 342414 </td></tr><tr><td> La electroporación unidad </td><td> Bio-Rad </td><td> GenePulserXcell </td></tr><tr><td> Termociclador </td><td> Eppendorf </td><td> Vapo Protect </td></tr><tr><td> Calefacción bloque </td><td> BIOER </td><td> MB-102 </td></tr><tr><td> Microscopio de fluorescencia </td><td> Olimpo </td><td> IX81 </td></tr><tr><td> Analizador de FACS </td><td> Beckman-Coulter </td><td> Cytomics FC500 MLP </td></tr><tr><td> MegaX DH10B T1R células </td><td> Invitrogen </td><td> C640003 </td></tr><tr><td> Benzonase </td><td> Merck </td><td> 101695 </td></tr><tr><td> Adenovirus-5 </td><td> ATCC </td><td> VR-5 </td></tr><tr><td> pBluescript II KS (+) plásmido </td><td> Stratagene </td><td> 212207 </td></tr><tr><td> cap5F (Pac sitio que en el amarillo, cap5 secuencias específicas en negrita): GACTCTTAATTAACAGGT ATGTCTTTTGTTGATCACCCTCC </td><td> IDTDNA </td><td> Imprimación personalizada </td></tr><tr><td> cap5R (Asc que el sitio en verde, cap5 secuencias específicas en negrita): GTGAGGGCGCGCC TTAAAGGGGTCGGGTAAGGTATC </td><td> IDTDNA </td><td> Imprimación personalizada </td></tr></tbody></table>

engineering and evolution of synthetic adeno-associated virus (aav) gene therapy vectors via dna family shuffling

Virales adeno-asociados (AAV) vectores representan algunos de los vehículos más potentes y prometedores para la transferencia de gen terapéutico humano debido a una combinación única de propiedades beneficiosas 1. Estos incluyen el apathogenicity de los virus de tipo salvaje subyacentes y las metodologías muy avanzadas para la producción de alto título, de alta pureza y de grado clínico vectores recombinantes 2. Una ventaja adicional particular del sistema de AAV sobre otros virus es la disponibilidad de una riqueza de origen natural serotipos que difieren en propiedades esenciales sin embargo, todos pueden ser fácilmente diseñado como vectores utilizando un protocolo común 1,2. Por otra parte, una serie de grupos, entre ellos el nuestro han creado recientemente las estrategias a utilizar estos virus naturales como plantillas para la creación de vectores sintéticos que, o bien se combinan los activos de los serotipos de entrada múltiples, o que mejorar las propiedades de un solo aislamiento. Las respectivas tecnologías para lograr estos objetivos are ADN de la familia ya sea arrastrando los pies 3, es decir, la fragmentación de los diversos genes de la cápsida AAV, seguida de su nuevo montaje basado en homologías parciales (normalmente&gt; 80% para la mayoría de los serotipos de AAV), o de visualización 4,5 péptido, la inserción es decir, que suele ser de siete aminoácidos en un bucle expuesta de la cápsida viral donde el péptido idealmente media re-dirigida a un tipo de célula deseado. Para el mayor éxito posible, ambos métodos se aplican de un modo de alto rendimiento por el que los protocolos están en mayor escala para producir las bibliotecas de alrededor de un millón de variantes diferentes cápside. Cada clon es entonces compuesto de una combinación única de numerosos virus parentales (ADN enfoque arrastrando los pies) o contiene un péptido distintivo en la columna vertebral misma viral (enfoque pantalla péptido). El paso final es iterativo subsiguiente selección de dicha biblioteca sobre las células diana a fin de enriquecer para cápsidas individuales que cumplan la mayoría o idealmente todos los requisitos del proceso de selección. Este último preferiblemente peineines presión positiva, como el crecimiento en un cierto tipo de células de interés, con selección negativa, por ejemplo la eliminación de todas las cápsidas que reaccionan con anticuerpos anti-AAV. Esta combinación aumenta las posibilidades de que cápsidas sintéticos que sobreviven a la selección coincidan con las necesidades de la aplicación dada de una manera que probablemente no se han encontrado en cualquier forma natural AAV aislar. Aquí, nos centramos en el método de ADN de la familia arrastrando los pies como la teórica y experimentalmente más difícil de las dos tecnologías. Se describe y demostrar todos los pasos esenciales para la generación y selección de las bibliotecas barajan AAV (Fig. 1), y luego discutir las dificultades y los aspectos críticos de los protocolos que hay que tener en cuenta a fin de tener éxito con la evolución molecular de AAV.

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Engineering and Evolution of Synthetic Adeno-Associated Virus AAV Gene Therapy Vectors via DNA Family Shuffling

Se demuestra la técnica básica para diseñar y evolucionar molecularmente sintéticos virales adeno-asociados (AAV) vectores de terapia génica a través de la familia de ADN arrastrando los pies. Por otra parte, nos proporcionan las pautas generales y ejemplos representativos para la selección y el análisis de cada uno de cápsidas quiméricas con propiedades mejoradas en las células diana en la cultura o en ratones.

Ingeniería y Evolución de la sintética virus adeno-asociado (AAV) vectores de terapia génica a través de la familia transposición de ADN

Adeno-associated viral (AAV) vectors represent some of the most potent and promising vehicles for therapeutic human gene transfer due to a unique ...

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Engineering and Evolution of Synthetic Adeno-Associated Virus (AAV) Gene Therapy Vectors via DNA Family Shuffling

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