病毒包装笔记(7)-第三代慢病毒

前言

最近在国内某公司买了一个慢病毒质粒,公司的人说可以用来包慢病毒,也可以用来瞬转。但是我发现这个质粒上没有3'UTR5' UTR,我怀疑不能用来包慢病毒,公司说可以,但要用他们的试剂盒。我问了一下师兄,师兄说,这种质粒可能是第三代慢病毒包装质粒,试剂盒里的主要试剂就是包含三种包装质粒的混合液。我们实验室用的是第二代病毒包装系统,两个包装质粒,一个目的质粒,因此我对这种质粒包装系统并不清楚。现在查了一些三代包装系统的资料,现在总结如下。

慢病毒的成分

现在的慢病毒包装系统通常包括几个质粒,这几个质粒上分别含有慢病毒复制的成分,这样做的目的就是为了增加安全性,毕竟如果只用一个成分的话,危险系数很高,人一旦接触这种病毒就有可能遇到危险。而把这几个成分分散在几个质粒中,很难在体外形成危险的病毒颗粒。第二代慢病毒包装系统含有3个质粒,第3代慢病毒包装系统含有4个质粒。这两代病毒包装系统都含有以下相同的成分:

第一,编码目的蛋白或转录目的基因的转移质粒。其实就是你自己的目的质粒,也就是通常需要自己做载体的质粒。目的基因的两侧都含有长末端重复序列(LTR,long terminal repeat),LTR的作用就是辅助目的基因插入到宿主细胞的基因组。许多慢病毒质粒都是基于HIV-1病毒改造的。为了安全目的,这些目的质粒的复能能力并不完全,它们的3'LTR有所删减,这样病毒插入到基因组后会自我失活(self-inactivating)(SIN)。

第二,包装质粒,毒包装的结构蛋白编码质粒。

第三,包膜质粒,编码蛋白质外壳。

第二代慢病毒利用病毒的LTR启动子用于基因的表达,第三代慢病毒利用一个杂合的LTR启动子进行基因表达。

第二代慢病毒

下图是第二代慢病毒系统:

这个系统含有3个质粒,第1个质粒:包装质粒,它编码Gag,PoI,Rev与Tat基因。第2个质粒:包膜质粒,含有VSV-G,编码蛋白Env。第3个质粒:目的质粒,含有病毒的LTRs和psi包装信号(图片未画出),除非有内部启动子,否则这个目的质粒的目的基因是由5'LTR驱动的,它是一个弱启动子,需要Tat元件 的来激活它。所有的第2代慢病毒目的质粒必须要用第2代慢病毒包装系统,因此它的LTR是Tat依赖性的。

第三代慢病毒

第3代慢病毒如下所示:

设计第3代病毒的目的主要还是提高安全性。在第3代病毒中,将第2代病毒的包装质粒分成了2个质粒,一个编码Rev,另外一个编码Gag和PoI。虽然第3代病毒更加安全了,但是它的效率却降低了。除此之外,第3代病毒删除了Tat元件,并且在目的质粒中引入了一个嵌合了5'LTR的异源启动子。这种目的质粒基因的启动子并不依赖于Tat元件。第3代病毒的目的质粒可以使用第2代或第3代的包装质粒,也就是说第3代慢病毒的目的质粒兼容第2代的包装系统。

第二代慢病毒与第第三代病毒的区别

特点 第2代慢病毒 第3代慢病毒
目的质粒 只能被含有TAT的2代病毒包装 可以被第2代和第3代病毒包装系统包装
包装质粒 一个质粒上含有Gag,PoI,Rev,Tat(也就是psPAX2) 2个质粒,一个编码Gag和PoI;另外一个质粒编码Rev(也就是pMDLg/pRRE和pRSV-Rev)
包膜质粒 可替换,通常用于编码VSV-G(pMD2G) 可替换,通常用于编码VSV-G(pMD2G)
案例性 安全。复能能力不完全,使用编码各种HIV基因的3个质粒。 更安全,复制能力不完全,有自身失活性(SIN)。使用4个质粒来替换2代慢病毒的3个质粒,删除了Tat元件。
LTR病毒启动子 广泛型 杂合:删除了部分的5’LTR,与另外一个异源增强子/启动子融合,例如CMV或RSV。

第三代病毒包装系统的过程

其实买的目的质粒虽然是三代病毒包装系统的,但是完全可以用二代慢病毒包装系统来替代,用PMD2G和psPAX2,外加目的质粒进行转染。

参考资料

https://www.addgene.org/viral-vectors/lentivirus/lenti-guide/