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腺相关病毒属于细小病毒科属,是目前发现的一类结构简单、无包膜的单链 DNA 缺陷型病毒





腺相关病毒(Adeno-associated virus,AAV)属于细小病毒科(Parvoviridae),Dependoparvovirus 属,是目前发现的一类结构简单、无包膜的单链 DNA 缺陷型病毒。腺相关病毒基因组包含两端的反向末端重复序列(inverted terminal repeats,ITRs)、转录调控区启动子(P5、P19、P40)和两个分别编码 Rep 和 Cap 蛋白的开放阅读框,全长 4.7 kb。
科学研究中采用的重组腺相关病毒载体(recombinationadeno-associated virus, rAAV)是在非致病的野生型 AAV 基础上改造而成的基因载体,用于向细胞中递送遗传物质。由于腺相关病毒具有宿主范围广、安全性高、免疫原性低、表达稳定和物理性质稳定等优点,使得腺相关病毒可以广泛地应用于基础研究和临床试验中,成为基因治疗研究中备受青睐的病毒载体。
腺相关病毒的直径在20-26nm范围内,其直径为腺病毒的1/5,慢病毒的 1/4,呈现 20 面体结构,对分裂细胞和非分裂细胞均可感染。冷冻电镜重构的腺相关病毒的结构图如右图所示[1]:
(A) 经运动校正后的图像,由多帧整合而成;(B) 基于 75,316 个颗粒计算得到的二维分类平均图;(C) 金标准 FSC 曲线[2]估算分辨率为 1.56 Å;(D) 重构结果,根据到颗粒中心的距离以彩虹色标显示。视角沿二重对称轴,可在中心左右两侧看到各三重轴周围的突起,在中心上下两侧看到五重轴孔道;

腺相关病毒是一种单链 DNA 病毒,含有约 4.7kb 的单链线性 DNA 基因组,其基因组由rep基因和cap基因组成,其两侧分别有两个反向末端重复序列(ITRs)。ITRs 对于病毒的复制和包装具有重要作用;rep 基因编码单个开放阅读框(ORF),有助于 AAV 基因组的复制和病毒颗粒的组装;Cap 蛋白为病毒衣壳蛋白,衣壳组装所必需的装配激活蛋白(AAP)是由 cap 基因内移框的 ORF 所编码。衣壳包含三种类型的亚基 VP1、VP2 和 VP3,比例为 1:1:10(VP1:VP2:VP3)。
基于 AAV 的基因组结构,基因工程化的 AAV 载体删除了全部 AAV 蛋白编码序列,添加了外源基因的表达盒。唯一的病毒来源序列是 ITR,它们是在病毒包装过程中指导 AAV 复制和包装所必需的。病毒编码序列的完全去除使 AAV 的包装能力最大化,并且有助于它们在体内递送时的低免疫原性和细胞毒性。腺相关病毒的基因组示意图如右图所示[3]:


腺相关病毒通过结合细胞表面的主要受体和辅助受体来感染靶细胞,从而触发细胞的内吞作用进入细胞。进入细胞后,AAV 病毒颗粒释放并聚集在细胞核周区域,当病毒进入细胞核,AAV 病毒颗粒会释放它们的单链基因组,该基因组被转化为双链 DNA,进而介导病毒基因的转录和翻译。
AAV 的 ITRs 是重组AAV 扩增所必需的,该序列可以诱导基因表达,并在载体生产和确保病毒在细胞的转导中发挥关键作用。目前在 AAV 基因组中有 96%基因可以被删除或替换,扩大了工程化 AAV 用于基因治疗的灵活性。
到目前为止,至少有 12 种天然 AAV血清型和 100 多种工程化的 AAV 变异体被开发作为基因递送工具,并从这些载体中不断衍生出更多的 AAV 突变体,以优化 AAV 在基因治疗中的作用。左图是AAV 病毒转染细胞的示意图[4]:

陶术生物可以提供从腺相关病毒(AAV)质粒设计、构建、包装至表达分析的全套服务。不仅如此,还可以提供全面的腺相关病毒(AAV)载体和表达系统,用于体内和体外表达 human/mouse/rat ORFs,lncRNA、circRNA、shRNAs 和CRISPR/gRNA。下图展示了腺相关病毒(AAV)的包装流程:


