基因治疗GeneTherapy.ppt
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1、第第 11 11章章 基因治疗基因治疗Gene TherapyGene Therapy p498本章内容提示 基因治疗基因治疗(genetherapy)体细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗体细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗 基因转移方法基因转移方法 靶细胞特点、靶细胞种类靶细胞特点、靶细胞种类 反义寡核苷酸技术反义寡核苷酸技术 自杀基因与旁观者效应自杀基因与旁观者效应基因治疗(基因治疗(Genetherapy)基因治疗(基因治疗(Genetherapy):指应用:指应用DNA重组技术,将重组技术,将外源正常基因外源正常基因导入导入靶细靶细胞胞,以,以纠正纠正或或补偿补偿因基因缺陷和异常引起因基因缺陷
2、和异常引起的疾病的疾病,以达到治疗的目的。以达到治疗的目的。为达到这一目的,实施相应的策略。为达到这一目的,实施相应的策略。为达到这一目的,实施相应的策略。为达到这一目的,实施相应的策略。一、基因治疗策略一、基因治疗策略策略:直接基因治疗和间接基因治疗策略:直接基因治疗和间接基因治疗1、直接基因治疗:、直接基因治疗:纠正纠正突变基因突变基因 在在原位原位修复缺陷的基因,以达到治疗目的。修复缺陷的基因,以达到治疗目的。为较为较理想理想的基因治疗策略,由于存在某些问的基因治疗策略,由于存在某些问题,目前正在努力之中。(未实现)题,目前正在努力之中。(未实现)2 2、间接疗法:、间接疗法:以正常的基
3、因以正常的基因替代替代致病基因致病基因。导入外源正常基因,导入外源正常基因,代替代替有缺陷的基因。而有缺陷的基因。而 对靶细胞而言,对靶细胞而言,没有去除或修复有缺陷的基因没有去除或修复有缺陷的基因。用用DNADNA重组技术重组技术设法修复患者细胞中有缺陷的设法修复患者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基因,使细胞恢复正常功能而达到治疗遗传病的目的。目的。途途径径:就基因转移的就基因转移的受体细胞受体细胞不同,不同,基因治疗有两种途径:基因治疗有两种途径:1、生殖细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗2、体细胞基因治疗、体细胞基因治疗 1、生殖细胞基因治疗l l将正常基因转移到患
4、者生殖细胞(精细胞,将正常基因转移到患者生殖细胞(精细胞,卵细胞,早期胚胎)使其发育成正常个体。卵细胞,早期胚胎)使其发育成正常个体。为为理想理想的治疗方法,从的治疗方法,从根本根本上治疗遗传病,上治疗遗传病,使其有害基因不能在人群中散播。使其有害基因不能在人群中散播。但还存在某些问题:但还存在某些问题: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)基因转移效率不高,只能用)基因转移效率不高,只能用显微注射显微注射方法;方法;3)只适用于排卵周期)只适用于排卵周期短而次数多短而次数多的动物,很难适的动物,很难适用于人类。用于人类。(但目前辅助生殖技术的发展较为
5、有效的解决了(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。一次可获取少者获取卵细胞的办法。一次可获取少者3-5个,多个,多者十几个。)者十几个。)2体细胞基因治疗somatic cell gene therapy 将正常基因转移到将正常基因转移到体细胞体细胞,使之表达基,使之表达基因产物,以达到治疗的目的。但有害基因能因产物,以达到治疗的目的。但有害基因能遗传给后代。遗传给后代。措 施:(1 1 1 1)正常基因转移至体外培养的体细胞,有效)正常基因转移至体外培养的体细胞,有效)正常基因转移至体外培养的体细胞,有效)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。表达
6、后,再回输到体内。表达后,再回输到体内。表达后,再回输到体内。(2 2 2 2)正常基因导入靶细胞,定位整合到染色体)正常基因导入靶细胞,定位整合到染色体)正常基因导入靶细胞,定位整合到染色体)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,是上,准确的替换异常基因,是上,准确的替换异常基因,是上,准确的替换异常基因,是理想理想理想理想的措施。的措施。的措施。的措施。(3 3 3 3)随机整合,非特定座位,只要有效的表达)随机整合,非特定座位,只要有效的表达)随机整合,非特定座位,只要有效的表达)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。即可达到治疗的目的。即可达
7、到治疗的目的。即可达到治疗的目的。(4 4 4 4)体细胞基因治疗理论上不必矫正所有的体)体细胞基因治疗理论上不必矫正所有的体)体细胞基因治疗理论上不必矫正所有的体)体细胞基因治疗理论上不必矫正所有的体 细胞。细胞。细胞。细胞。存在的问题 l l对特定座位基因转移,目前还存在较大对特定座位基因转移,目前还存在较大困难;困难;l l随机插入可能引起后代的基因突变。随机插入可能引起后代的基因突变。二二、基因治疗的方法、基因治疗的方法基因治疗的关键性步骤基因治疗的关键性步骤-目的基因的目的基因的获得与转移获得与转移基因治疗首先获得目的基因通常从基因治疗首先获得目的基因通常从基因治疗首先获得目的基因通
8、常从基因治疗首先获得目的基因通常从基因组基因组基因组基因组中分离中分离中分离中分离 基因克隆基因克隆基因克隆基因克隆 定定定定 位位位位 表表表表 达达达达 评价表达情况评价表达情况评价表达情况评价表达情况一)目的基因的获得一)目的基因的获得 正常基因的分离与克隆正常基因的分离与克隆二)外源基因的转移l l通过不同方法,将目的基因转移至受体通过不同方法,将目的基因转移至受体细胞。细胞。1)物理方法(1 1)电穿孔法电穿孔法电穿孔法电穿孔法(electroporotionelectroporotion)将细胞置于高将细胞置于高将细胞置于高将细胞置于高压脉冲电场中,通过电压使细胞产生可逆性的穿压脉
9、冲电场中,通过电压使细胞产生可逆性的穿压脉冲电场中,通过电压使细胞产生可逆性的穿压脉冲电场中,通过电压使细胞产生可逆性的穿孔。周围基质中的孔。周围基质中的孔。周围基质中的孔。周围基质中的DNADNA可渗进细胞,进而表达。可渗进细胞,进而表达。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细胞细胞膜核膜通透性增加细胞膜核膜通透性增加细胞膜核膜通透性增加细胞膜核膜通透性增加高压脉冲高压脉冲高压脉冲高压脉冲 DNADNA渗入细胞渗入细胞渗入细胞渗入细胞(2 2)显微注射法)显微注射法(microinjection microinjection)利用显微操作把目的基因直接注入
10、靶细胞或细胞核利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或细胞核利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或细胞核利用显微操作把目的基因直接注入靶细胞或细胞核 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DNADNA 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
11、因,按孟德尔方式遗传)clonesheepDollyclonesheepDolly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DollyDolly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(3)微粒子轰击法l l利用亚微粒的利用亚微粒的钨钨和和金金能吸附能吸附DNA,并将其包,并将其包裹起来形成微粒,通过物理途径获得高速度,裹起来形成微粒,通过物理途径获得高速度,微粒瞬间既可进入靶细胞,达到转移目的基因微粒瞬间既可进入靶细胞,达到转移目的基因的目的,而不损伤靶细胞。的目的,而不损伤靶细胞。l l该方法可使目的基因在皮肤、肝
12、、胰、胃及该方法可使目的基因在皮肤、肝、胰、胃及乳腺等细胞中表达。乳腺等细胞中表达。2)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。体细胞基因组中,在适当条件下得以表达。体细胞基因组中,在适当
13、条件下得以表达。体细胞基因组中,在适当条件下得以表达。磷酸钙磷酸钙+DNA 混合微细颗粒混合微细颗粒 沉淀反应沉淀反应2030min 细胞在沉淀物中暴露细胞在沉淀物中暴露 524h 方法方法简单简单,但转化,但转化效率低效率低。3 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DNA导入靶细胞,使其表达。导入靶细胞,使其表达。DNA 细胞融合细胞融合细胞融合细胞融合转化细胞转化细胞转化细胞转化细胞 PEGPEG 仙苔病毒仙苔
14、病毒仙苔病毒仙苔病毒DNA脂膜脂膜4 4)同源重组法)同源重组法 同源重组(同源重组(homologusrecombination):外源基因和染色体上的外源基因和染色体上的基因在基因在同源序列同源序列间发生重组而插入染色体。间发生重组而插入染色体。是将外源基因是将外源基因定位定位导入细胞的染色体上。导入细胞的染色体上。单交换单交换 双交换双交换 通过同源重组定点插入珠蛋白基因Xba IBstXIXba IneoXbaIBstXIneo正常基因座位正常基因座位带有珠蛋白基带有珠蛋白基因的质粒因的质粒 C重重组组后,插入外源基因片段后,插入外源基因片段带带有有neo基因(新霉素抗性基因),基因(
15、新霉素抗性基因),重重组组后的后的细细胞在含有胞在含有neo 的培养基中生的培养基中生长长,没有插入新基因的,没有插入新基因的细细胞死亡,将有重胞死亡,将有重组组的的细细胞胞筛选筛选出来。出来。5 5)病毒介导基因内转移()病毒介导基因内转移(Viral mediated Viral mediated transfertransfer)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重组技术与病毒重组,然后去
16、感染受体细胞重组技术与病毒重组,然后去感染受体细胞重组技术与病毒重组,然后去感染受体细胞感染细胞重组病毒 逆转录病毒逆转录病毒逆转录病毒逆转录病毒(RNA)(RNA)(RNA)(RNA)常用的病毒载体常用的病毒载体常用的病毒载体常用的病毒载体 DNA DNA DNA DNA病毒病毒病毒病毒 1)1)1)1)逆转录病毒(逆转录病毒(逆转录病毒(逆转录病毒(retrovirusretrovirusretrovirusretrovirus)目前应用最多、最成功目前应用最多、最成功目前应用最多、最成功目前应用最多、最成功.病毒感染细胞后,病毒感染细胞后,病毒感染细胞后,病毒感染细胞后,其基因组其基因组
17、其基因组其基因组RNA RNA RNA RNA 经逆转录产生双链经逆转录产生双链经逆转录产生双链经逆转录产生双链DNADNADNADNA拷贝,插入宿拷贝,插入宿拷贝,插入宿拷贝,插入宿主染色体形成前病毒(主染色体形成前病毒(主染色体形成前病毒(主染色体形成前病毒(provirusprovirusprovirusprovirus),前病毒转录),前病毒转录),前病毒转录),前病毒转录产生的正链既是病毒产生的正链既是病毒产生的正链既是病毒产生的正链既是病毒RNARNARNARNA,再与前病毒编码的外壳,再与前病毒编码的外壳,再与前病毒编码的外壳,再与前病毒编码的外壳蛋白包装成新的病毒颗粒。蛋白包装
18、成新的病毒颗粒。蛋白包装成新的病毒颗粒。蛋白包装成新的病毒颗粒。例如:小鼠白血病病毒(例如:小鼠白血病病毒(Mo-MLVMo-MLV)基因)基因组结构:组结构:LTR LTR LTR LTR gag pol env gag pol envU3 R U5 U3 R U5U3 R U5 U3 R U5 U3=U3=增强子,增强子,增强子,增强子,R=R=启动子,启动子,启动子,启动子,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=核心抗原,核心抗原,核心抗原,核心抗原,pol=pol=逆转逆转逆转逆转录
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