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病毒载体在代谢研究中的应用

发布时间:2017-08-22 14:23 |  点击次数:

代谢banner


病毒在代谢研究领域的应用

 

代谢简介

随着生活水平的提高和生活环境的改变,代谢疾病的发病率逐年提高,代谢研究已成为科研的热点领域。从分子基础研究到代谢疾病的预防治疗,病毒已成为主要的工具。

在代谢研究中,常用的病毒载体有腺相关病毒慢病毒腺病毒逆转录病毒。 四种载体有各自的特点,适用于不同的科学研究,其中慢病毒广泛应用于体外基因功能研究。腺相关病毒以其免疫原性低、表达持续时间长等特点,广泛应用于体内研究。

图1 代谢简介

基因操作(Genetic manipulation)

在代谢研究中的非常重要的技术就是在基因水平操作,改变基因的表达水平(敲除、敲低、过表达),观察基因操作导致的表型,从而确定基因在代谢疾病中的作用。

(1)敲除、敲低基因(knockout and knockdown)

最常用的技术包括Cre-LoxP系统RNA干扰

Cre-Loxp系统对目的基因在不同器官特异性敲除或者过表达。腺相关病毒介导器官特异性启动子表达驱动的cre酶表达,从而对Loxp位点之前的位点切除,得到器官特异性的敲除或者过表达小鼠。

图2 Cre-loxp

除了敲除在代谢研究中也经常用的基因的敲低,在体外常用慢病毒介导shRNA,体内常用腺病毒或者腺相关病毒介导shRNA对基因敲低。

(2)过表达(Overexpression)

代谢研究中最常用的是利用病毒载体直接过表达外源基因

图4 基因过表达

另外,还可以利用Cre-LoxP系统实现小鼠不同器官的特异性过表达目的基因。

图5 Cre

(3)基因编辑(Gene Editing)

目前,基因编辑技术CRISPR/Cas9已经应用于科学研究的各个方面。在代谢研究中,科学家已尝试利用CRISPR/Cas9构建敲除或者转基因小鼠。

图6 基因编辑

值得关注的是,和元上海已开展针对内源基因的转录激活/转录抑制研究,其原理基于dCas9技术,这种对内源基因的调控未来必将在研究中大放异彩。

2.生理操作和观察(Physiological manipulation and observation)

在代谢研究中,目前有关食欲、运动等研究是研究热点。神经研究的技术比如光遗传和化学遗传的技术,也在这方面研究中广泛应用。

(1)光遗传技术

光遗传学是结合了光学及遗传学的技术,能在活体动物甚至是自由运动的动物脑内,精准地控制特定种类神经元的活动。光遗传学在时间上的精确度可达到毫秒级别,在空间上的精确度则能达到单个细胞级别。该项技术目前在神经科学领域应用非常广泛,用于研究生理、药理、病理等范畴。

借助病毒载体,我们可以在丘脑中特定细胞或特定环路表达光遗传体系,操控或检测行为相关的神经机制。

图7 光遗传

(2)化学遗传技术

化学遗传学 是指:对一些生物大分子实行改造,使其能和先前无法识别的小分子进行相互作用的过程。化学遗传学和分子遗传学一样,均是遗传学的一个分支,由于其可控的、可逆的(可以随时加入或除去化合物,从而启动或中断特定的反应)特性,已经在信号转导、药物开发、功能基因组学等方面的研究中得到了广泛的应用。

借助病毒载体,我们可以在丘脑中特定细胞或特定环路表达化学遗传学的体系,操控或检测行为相关的神经机制。

图8 化学遗传

3.基因治疗新应用

代谢性疾病属于慢性疾病,因此在开发药物时药物的副作用一定要控制到很低,给代谢性疾病的药物开发设置了很大的限制。结合光遗传工具、生物医学工程技术等手段,成为了治疗代谢性疾病的新思路。

图9 基因治疗

4.新的模式生物应用

病毒除了在小鼠、大鼠应用外,目前科学家也在非人灵长类动物中大量应用病毒进行研究,如AAV病毒在恒河猴肝脏中过表达,观察血糖或者脂质代谢的表型。

此外,和元上海目前不断开发新的血清型用于研究,我们将尽力提供最好的工具给您!

5、其他相关应用

光遗传     化学遗传     神经环路示踪    钙离子成像     CRISPR/Cas9

Cre-LoxP     RNA干扰     基因过表达     microRNA表达    microRNA抑制