《HIV-1 RNA 在哺乳动物细胞内的核定位》

  • 来源专题:艾滋病防治
  • 编译者: 李越
  • 发布时间:2005-04-13
  • Abstract. The Rev protein of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) facilitates the nuclear export of unspliced and partially spliced viral RNAs. In the absence of Rev, these intron-containing HIV-1 RNAs are retained in the nucleus. The basis for nuclear retention is unclear and is an important aspect of Rev regulation. Here we use in situ hybridization and digital imaging microscopy to examine the intranuclear distributions of intron-containing HIV RNAs and to determine their spatial relationships to intranuclear structures. HeLa cells were transfected with an HIV-1 expression vector, and viral transcripts were localized using oligonucleotide probes specific for the unspliced or spliced forms of a particular viral RNA. In the absence of Rev, the unspliced viral RNAs were predominantly nuclear and had two distinct distributions. First, a population of viral transcripts was distributed as ~10-20 intranuclear unctate signals. Actinomycin D chase experiments indicate that these signals represent nascent transcripts. A second, stable population of viral transcripts was dispersed throughout the nucleoplasm excluding nucleoli. Rev promoted the export of this stable population of viral RNAs to the cytoplasm in a time-dependent fashion. Significantly, the distributions of neither the nascent nor the stable populations of viral RNAs coincided with intranuclear speckles in which splicing factors are enriched. Using splice-junction-specific probes, splicing of human 13-globin pre-mRNA occurred cotranscriptionally, whereas splicing of HIV-1 pre-mRNA did not. Taken together, our results indicate that the nucleolus and intranuclear speckles are not involved in Rev regulation, and provide further evidence that efficient splicing signals are critical for cotranscriptional splicing.
  • 原文来源:http://www.jcb.org/cgi/reprint/135/1/9
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  • 《Cell丨用合理设计的 R2 反转座子在哺乳动物细胞中进行全 RNA 介导的定向基因整合》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-07-10
    • 2024年7月8日,中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院李伟研究员与周琪研究员团队合作在Cell杂志以长文形式在线发表了题为All-RNA-mediated Targeted Gene Integration in Mammalian Cells with Rationally Engineered R2 Retrotransposons的研究论文。该研究结合基因组数据挖掘和大分子工程改造等手段,开发了使用RNA供体进行大片段基因精准写入的R2逆转座子工具,能够在多种哺乳动物细胞系、原代细胞中实现大片段基因(>1.5 kb)高效精准的整合,最高效率超过60%,成功实现了全RNA介导的功能基因(DNA)在多种哺乳动物基因组的精准写入,为新一代创新基因疗法的发展提供了基础。 在该研究中,研究团队首先通过数据挖掘,全面系统地分析了自然界中R2逆转座子元件的生物多样性;通过构建基于RNA供体的基因写入的报告体系,成功筛选出在哺乳动物细胞中具有完整GFP功能基因整合活性的R2Tg系统(来源于一种鸟Taeniopygia guttata 的基因组)。随后,研究团队针对R2Tg系统发挥功能所必需的两个关键组分:R2蛋白质以及供体RNA,进行了系统性的功能探索与工程化改造,最终获得了在人细胞系中基因整合效率超过20%的en-R2Tg工具。 由于R2蛋白质可以通过mRNA表达,且供体RNA本身也是RNA,那么,en-R2Tg工具能否以全RNA形式介导的基因的高效精准写入?为了探究这一点,研究人员通过体外合成获得了编码R2蛋白质mRNA以及供体RNA,并使用脂质体递送的方式将两条mRNA导入人的细胞中。结果显示,en-R2Tg工具能够高效整合多个与疾病治疗相关基因,且这些基因能够有效表达功能蛋白。能够以全RNA的形式发挥功能,意味着en-R2Tg工具可以使用安全性已经在临床上得到证明的LNP纳米材料来进行递送,这将有可能解决长久以来基因写入工具依赖病毒载体进行高效递送的难题。研究团队发现,使用LNP递送en-R2Tg工具在人的肝脏细胞系中能够实现25%的基因整合效率。此外,研究团队还证明R2工具在人类原代细胞中同样具有活性;同时,通过显微注射将en-R2Tg工具导入小鼠胚胎,成功实现了超过60%的GFP基因定点整合效率。 该研究的另一关键点在于,工程化改造的en-R2Tg工具是否还保留有天然R2逆转座子的28S rDNA位点特异性整合这一性质?为了回答这一问题,研究人员结合无偏好的基因整合富集高通量测序以及全基因组三代测序方法,发现en-R2Tg工具在全基因组范围内展现了极高的基因整合特异性,大于99%的外源基因都精准整合到28S rDNA安全港位点。同时,结合qRT-PCR以及RNA-Seq实验,研究人员发现en-R2Tg工具对细胞的转录组状态几乎没有影响。这说明 en-R2Tg 介导的基因写入是位点精准特异的,可以有效避免逆转录病毒等技术所产生的基因随机整合导致的基因突变风险。 综上,该研究基于自然界存在的R2逆转座系统,结合数据分析和工程化改造方法,成功开发了全RNA介导的、高效精准的基因写入技术,首次在多种人和小鼠细胞系及原代细胞中实现了功能基因的定点整合。R2基因精准写入工具在递送和安全性方面具有显著优势,未来有望基于此工具开发在体功能基因回补写入以及在体生成CAR-T细胞等全新的疾病治疗方法。值得注意的是,R2基因写入技术目前无法实现在不同基因组位点的可编程写入,且在人原代细胞中的基因写入效率较低,因此未来需要进一步发展和优化。
  • 《哺乳动物细胞 “变身” 生物计算机》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:黄翠
    • 发布时间:2017-03-31
    • 《科学》杂志 28 日报道,波士顿大学合成生物学家威尔森 · 黄带领的团队提出一种方法,用基因工程方法编辑哺乳动物细胞 DNA,从而进行复杂的计算,使这类细胞变成生物计算机。他们希望新的编程技术有助于癌症治疗、按需生长可以替换受损身体部位的组织等。 科学家尝试将细胞编辑工程从细菌扩展到哺乳动物细胞,创建可帮助检测和治疗人类疾病的 DNA 电路。但是,很多这类努力失败了,原因是复杂电路若正常运行,需要单个基因组件的开关稳定工作,而基因打开或关闭的最常见方法,是让被称为转录因子的蛋白质与特定基因结合并调节其表达。问题是,这些转录因子都有细微的不稳定表现。 黄的团队摒弃了转录因子,使用剪切型酶来切换人肾细胞基因的开关。为了设计 DNA 电路,黄的团队在常规细胞机器启动后,插入 4 个额外的 DNA 片段,其中两个被称作重组酶的片段,可在与特定药物结合时,激活并点亮能产生绿色荧光蛋白的细胞,从而成功稳定控制了 DNA 开关。 在《自然 · 生物技术》发表的报告中,黄的团队报告称,可以通过在不同的目标线上添加更多重组酶,创建各种电路,用来执行不同的逻辑操作。目前,该团队已经建立了 113 个不同的电路,成功率高达 96.5%。进一步的演示证明,他们设计的人类细胞生物学样本系,使电路可以不同的输入组合方式运行 16 种不同的逻辑。 合成生物学家希望用这类新兴的细胞电路创造新的疗法。例如,可以设计具有免疫活性的 T 细胞,检测出癌细胞产生的生物标记物;或者尝试设计干细胞,在不同信号提示时,发展成特定的细胞类型,按需生成人类病患所需的身体组织,如产生胰岛素的β细胞或生成软骨的软骨细胞等。