外泌體遞送mRNA，可實(shí)現(xiàn)對艾滋病病毒的穩(wěn)定抑制

2021年9月20日，貝克曼研究所基因治療中心的研究團(tuán)隊(duì)在Nature子刊Nature Communications上發(fā)表了題為“Exosome-mediated stable epigenetic repression of HIV-1”的研究論文。
 

該研究開發(fā)出了一種靶向HIV-1啟動子的鋅指蛋白(ZFP-362)，該蛋白與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A的活性結(jié)構(gòu)域融合，以誘導(dǎo)長期穩(wěn)定的HIV-1表觀遺傳抑制。通過外泌體遞送這種抑制性蛋白的mRNA，能夠在體內(nèi)抑制小鼠骨髓、脾臟和大腦中的HIV水平，并阻止其復(fù)制。這項(xiàng)研究為外泌體介導(dǎo)的治療性藥物系統(tǒng)遞送平臺以表觀遺傳方式抑制HIV-1感染鋪平了道路。

為了實(shí)現(xiàn)對HIV-1的穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄抑制，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種表達(dá)重組融合蛋白ZFP 362b-DNMT3A(ZD3A)的載體，它可以借助嵌入的核定位信號(NLS)定位到細(xì)胞核。該ZFP能夠與HIV-1的LTR啟動子內(nèi)的NF-kB雙聯(lián)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，并與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3結(jié)構(gòu)域(3A)融合以生成(ZD3A)。長期感染HIV-1的Jurkat細(xì)胞(CHI-Ju)在轉(zhuǎn)染了ZD3A后HIV-1轉(zhuǎn)錄物表達(dá)顯著降低，并且一直被穩(wěn)定抑制。
 

接下來，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了幾個(gè)具有各種阻遏結(jié)構(gòu)域的ZFP362融合構(gòu)建體，包括與PWWP、ADD和甲基轉(zhuǎn)移酶的活性域融合成為的ZPAMt，以及與KRAB和甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域融合的ZKMt。ZPAMt和ZKMt有效地抑制了病毒表達(dá)。

圖1 ZFP 362b-DNMT3A有效抑制 HIV-1 表達(dá)

為了確定觀察到的沉默所涉及的作用機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)用ZPAMt和ZKMt轉(zhuǎn)染細(xì)胞并行免疫沉淀，證實(shí)了ZFP-362與HIV-1啟動子的結(jié)合。在轉(zhuǎn)染的CHI-Ju細(xì)胞中，研究團(tuán)隊(duì)觀察到Gag RNA的有效抑制，并通過甲基DNA免疫沉淀測定法檢測到相對于對照HIV-1 LTR區(qū)域CpG甲基化的靶向富集。這些數(shù)據(jù)證實(shí)觀察到的抑制是ZPAMt和ZKMt將DNA甲基化定向到HIV-1 LTR的結(jié)果。

圖2 ZPAMt和ZKMt占據(jù)并甲基化HIV-1 LTR啟動子并以難以激活的長期方式抑制病毒表達(dá)

最后，為了確定ZPAMt的抗病毒功效，研究團(tuán)隊(duì)將HIV-1感染的外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMC)植入到人源化免疫缺陷小鼠，然后對其進(jìn)行兩周的cART治療以及ZPAMt注射。結(jié)果顯示，ZPAMt 顯著穩(wěn)定抑制了HIV-1表達(dá)，機(jī)制在于5'LTR的顯著甲基化。最重要的是，ZPAMt沒有產(chǎn)生任何長期毒性。

圖3 外泌體包裝的 ZPAMt 在體內(nèi)抑制病毒表達(dá)

綜上所述，這項(xiàng)工作證明了通過外泌體遞送重組ZPAMt可以靶向HIV-1，使之表觀遺傳沉默，并在病毒感染的細(xì)胞中誘導(dǎo)抑制表型。該遞送系統(tǒng)為未來開發(fā)抑制HIV的療法鋪平了道路。

參考文獻(xiàn)

[1] Shrivastava S, Ray RM, Holguin L, Echavarria L, Grepo N, Scott TA, Burnett J, Morris KV. Exosome-mediated stable epigenetic repression of HIV-1. Nat Commun. 2021 Sep 20;12(1):5541.