二节基因治疗Genetheraphy.ppt
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1、二节基因治疗Genetheraphy Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 1 1、直接疗法、直接疗法:纠正突变基因:纠正突变基因 也就是在原位修复缺陷的基因,以达到也就是在原位修复缺陷的基因,以达到治疗目的。这种方法上较理想的基因治疗治疗目的。这种方法上较理想的基因治疗策略,由于存在某些问题,目前正在努力策略,由于存在某些问题,目前正在努力之中。(未实现)之中。(未实现)2 2、间接疗法、间接疗法:以正常基因替代致病基因。:以正常基因替代致病基因。导入
2、外源正常基因,代替有缺陷的基因。导入外源正常基因,代替有缺陷的基因。对靶细胞而言,没有去除或修复有缺陷的对靶细胞而言,没有去除或修复有缺陷的基因。基因。二者均是用二者均是用DNADNA重组技术设法修复患者重组技术设法修复患者细胞中有缺陷的基因,使细胞恢复正常功细胞中有缺陷的基因,使细胞恢复正常功能而达到治疗遗传病的目的。能而达到治疗遗传病的目的。2 2 途途 径径就基因转移的受体细胞不同,基因就基因转移的受体细胞不同,基因治疗有两种途径:治疗有两种途径:1 1、生殖细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗 2 2、体细胞基因治疗、体细胞基因治疗3 3 1 1、生殖细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗l l 理
3、论上将正常细胞基因转移到患者理论上将正常细胞基因转移到患者的生殖细胞(精细胞,卵细胞早期胚的生殖细胞(精细胞,卵细胞早期胚胎)使其发育成正常个体。这是理想胎)使其发育成正常个体。这是理想的治疗方法,从根本上治疗遗传病,的治疗方法,从根本上治疗遗传病,使其有害基因不能在人群中播散。使其有害基因不能在人群中播散。4 4但还存在某些问题:但还存在某些问题:1 1)靶细胞的遗传修饰至今尚无实质性进展;)靶细胞的遗传修饰至今尚无实质性进展;2 2)基因转移效率不高,只能用显微注射方法;)基因转移效率不高,只能用显微注射方法;3 3)只适用于排卵周期短而次数多的动物,很)只适用于排卵周期短而次数多的动物,
4、很难适用于人类。难适用于人类。(但目前辅助生殖技术的发展较为有效的解(但目前辅助生殖技术的发展较为有效的解决了获取卵细胞的办法。一次可获取少者决了获取卵细胞的办法。一次可获取少者3-53-5个,多者十几个。)个,多者十几个。)5 52 2体细胞基因治疗体细胞基因治疗(somatic cell gene therapysomatic cell gene therapy)是指将正常基因转移到体细是指将正常基因转移到体细胞,使之表达基因产物,以达到胞,使之表达基因产物,以达到治疗的目的。但有害基因能遗传治疗的目的。但有害基因能遗传给后代。给后代。6 6 措措 施:施:l l(1 1)正常基因转移至体
5、外培养的体细胞,)正常基因转移至体外培养的体细胞,有效表达后,再回输到体内。有效表达后,再回输到体内。l l(2 2)正常基因导入靶细胞,定位整合到)正常基因导入靶细胞,定位整合到染色体上,准确的替换异常基因,是理染色体上,准确的替换异常基因,是理想的措施。想的措施。l l(3 3)随机整合,非特定座位,只要有效)随机整合,非特定座位,只要有效的表达即可达到治疗的目的。的表达即可达到治疗的目的。l l(4 4)体细胞基因理论不必矫正所有的体)体细胞基因理论不必矫正所有的体细胞。细胞。7 7存在的问题:存在的问题:l l(1 1)对特定座位基因转移,目前还)对特定座位基因转移,目前还存在较大困难
6、;存在较大困难;l l(2 2)随机插入可能引起后代的基因)随机插入可能引起后代的基因突变。突变。8 8基因治疗的方法基因治疗的方法(The methods of gene therapyThe methods of gene therapy)实施基因治疗的第一个关键性步骤是实施基因治疗的第一个关键性步骤是 基因转移基因转移 一、一、GeneGene转移方法转移方法 9 91 1、正常基因的分离与克隆、正常基因的分离与克隆基因治疗首先获得目的基因通常从基因组中基因治疗首先获得目的基因通常从基因组中分离分离 经克隆经克隆 定定 位位 表表 达达 评价表达情况评价表达情况10102 2、外源基因的
7、转移、外源基因的转移l通过不同方法,将目的基因转移通过不同方法,将目的基因转移至受体细胞。至受体细胞。1111(1)化学法磷酸钙沉淀法磷酸钙沉淀法磷酸钙沉淀法磷酸钙沉淀法:目的基因与磷酸钙等物质混合,形成沉淀的目的基因与磷酸钙等物质混合,形成沉淀的目的基因与磷酸钙等物质混合,形成沉淀的目的基因与磷酸钙等物质混合,形成沉淀的DNADNADNADNA微细颗粒,易通过细胞膜进入细胞内,并整合到受微细颗粒,易通过细胞膜进入细胞内,并整合到受微细颗粒,易通过细胞膜进入细胞内,并整合到受微细颗粒,易通过细胞膜进入细胞内,并整合到受体细胞基因组中,在适当条件下得以表达。方法简体细胞基因组中,在适当条件下得以
8、表达。方法简体细胞基因组中,在适当条件下得以表达。方法简体细胞基因组中,在适当条件下得以表达。方法简单,但转化效率低。单,但转化效率低。单,但转化效率低。单,但转化效率低。Ca2(PO4)2+DNA Ca2(PO4)2+DNA 混合微细颗粒混合微细颗粒混合微细颗粒混合微细颗粒 (Ca Ca Ca Ca离子浓度离子浓度离子浓度离子浓度 125 mmol 125 mmol 125 mmol 125 mmol,DNA DNA DNA DNA 离子浓度离子浓度离子浓度离子浓度 5 5 5 50ug/ml0ug/ml0ug/ml0ug/ml。PH 7.0 PH 7.0 PH 7.0 PH 7.0)沉淀反
9、应沉淀反应沉淀反应沉淀反应2030min2030min 细胞在沉淀物中暴露细胞在沉淀物中暴露细胞在沉淀物中暴露细胞在沉淀物中暴露 524h 524h1212(2)物理方法1、电穿孔法(电穿孔法(electroporotion)将细胞至于高压脉冲电场中,通过电压将细胞至于高压脉冲电场中,通过电压使细胞产生可逆性的穿孔。周围基质中使细胞产生可逆性的穿孔。周围基质中的的DNADNA可渗进细胞,进而表达。可渗进细胞,进而表达。瞬间瞬间瞬间瞬间细胞细胞 细胞膜核摸通透性增加细胞膜核摸通透性增加 高压脉冲高压脉冲高压脉冲高压脉冲 DNA渗入细胞渗入细胞13132 2、显微注射法(、显微注射法(microi
10、njection microinjection)利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或细胞核中。细胞核中。细胞核中。细胞核中。1414例:转基因动物的制备 重组基因重组基因重组基因重组基因 DNA DNA 微注射微注射微注射微注射 (体外)(体外)(体外)(体外)小鼠受精卵小鼠受精卵小鼠受精卵小鼠受精卵 回植回植回植回植 假妊娠假妊娠假妊娠假妊娠 仔仔仔仔 鼠鼠鼠鼠 动物模型:转基因鼠动物模型:转基因鼠动物模型:转基因鼠动物模型:转基因鼠 (每个鼠细胞中都含有外源基因,按孟德尔方式
11、遗传每个鼠细胞中都含有外源基因,按孟德尔方式遗传每个鼠细胞中都含有外源基因,按孟德尔方式遗传每个鼠细胞中都含有外源基因,按孟德尔方式遗传)15151616clone sheep Dollyclone sheep Dolly体细胞体细胞体细胞体细胞 提取提取提取提取 核核核核 重组细胞重组细胞重组细胞重组细胞 回植回植回植回植 Dolly Dolly Dolly Dolly卵细胞卵细胞卵细胞卵细胞 去核去核去核去核 细胞细胞细胞细胞 17173 3、脂质体法(、脂质体法(liposomeliposome)l l应用人工制备的类似细胞膜的膜性结构应用人工制备的类似细胞膜的膜性结构 脂质体,包装外源
12、基因,再与靶细胞融合,脂质体,包装外源基因,再与靶细胞融合,外源外源DNADNA导入靶细胞,使其表达。导入靶细胞,使其表达。DNA 胞融合胞融合胞融合胞融合 转化细胞转化细胞转化细胞转化细胞 PEG 仙苔病毒DNA脂膜18184同源重组法 同源重组(同源重组(homologus recombinationhomologus recombination):外源基因和染色体上的基因在同源序列间外源基因和染色体上的基因在同源序列间发生重组而插入染色体。发生重组而插入染色体。是将外源基因定位导入细胞的染色体上。是将外源基因定位导入细胞的染色体上。单交换单交换 双交换双交换 1919通过同源重组定点插入
13、珠蛋白基因通过同源重组定点插入珠蛋白基因Xha IBstXIXha IneoXhaIBstXIneo正常基因座位带有珠蛋白基因的质粒重组质粒 C重组后,插入外源基因外源基因片段带有重组后,插入外源基因外源基因片段带有neoneo基因基因(新霉素抗性基因),重组后的细胞在含有(新霉素抗性基因),重组后的细胞在含有neo neo 的培养基的培养基中生长,没有插入新基因的细胞死亡,将有重组的细胞筛中生长,没有插入新基因的细胞死亡,将有重组的细胞筛选出来。选出来。20205.病毒介导基因内转移(病毒介导基因内转移(Viral Viral mediated transfermediated transf
14、er)l l是通过病毒为载体(是通过病毒为载体(是通过病毒为载体(是通过病毒为载体(vectorvectorvectorvector),将外源基因通过),将外源基因通过),将外源基因通过),将外源基因通过重组技术与病毒重组,然后去感染受体细胞。图:重组技术与病毒重组,然后去感染受体细胞。图:重组技术与病毒重组,然后去感染受体细胞。图:重组技术与病毒重组,然后去感染受体细胞。图:感染细胞重组病毒2121 逆转录病毒逆转录病毒(RNA)(RNA)常用的病毒载体常用的病毒载体 DNADNA病毒病毒 1)逆转录病毒(逆转录病毒(retrovirus)目前应用最多的最成功的是逆转录病毒,目前应用最多的最
15、成功的是逆转录病毒,病毒感染细胞后,其基因组病毒感染细胞后,其基因组RNA RNA 经逆转录经逆转录产生双链产生双链DNADNA拷贝,插入宿主染色体形成前拷贝,插入宿主染色体形成前病毒(病毒(provirusprovirus),前病毒转录产生的正),前病毒转录产生的正链既是病毒链既是病毒RNARNA,再与前病毒编码的外壳蛋,再与前病毒编码的外壳蛋白包装成新的病毒颗粒。白包装成新的病毒颗粒。完整的病毒颗粒具有插入宿主染色体必完整的病毒颗粒具有插入宿主染色体必需的全套酶系统,适用于介导基因转移。需的全套酶系统,适用于介导基因转移。22222323例如:小鼠白血病病毒(例如:小鼠白血病病毒(Mo-M
16、LVMo-MLV)基因组结构:基因组结构:LTR LTR LTR LTR gag pol env gag pol envU5 R U3 U5 R U3 U5 R U3 U5 R U3 U3=U3=U3=U3=增强子,增强子,增强子,增强子,R=R=R=R=启动子,启动子,启动子,启动子,U5=U5=U5=U5=转录起始位点。转录起始位点。转录起始位点。转录起始位点。=病毒包装信号,病毒包装信号,病毒包装信号,病毒包装信号,gag=gag=gag=gag=核心抗原,核心抗原,核心抗原,核心抗原,pol=pol=pol=pol=逆转录酶,逆转录酶,逆转录酶,逆转录酶,env=env=env=env
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