レンチ ウイルス ベクター システム: 遺伝子治療を提供する新しい方法

レンチ ウイルス ベクター システム: 遺伝子治療を提供する新しい方法

遺伝子治療を提供する新しい方法が医学界に波紋を広げています。レンチウイルスベクターシステムは、従来の遺伝子治療送達方法よりも効果的であることが示されています。このシステムはウイルスを使用して治療用遺伝子を患者の体の細胞に運びます。研究者らは、この方法により副作用が少なく、成功率が高いことを発見しました。このブログ投稿では、レンチ ウイルス ベクター システムと、遺伝性疾患を持つ患者に対するその利点について説明します。


レンチウイルス


レンチウイルス属には、人や他の哺乳類に長い潜伏期間を経て持続性疾患を引き起こすレトロウイルスが含まれます。この属には、エイズの原因となるヒト免疫不全ウイルス (HIV) が含まれます。レンチウイルスは、大量のウイルスの相補的 DNA を宿主細胞の DNA に組み込み、非分裂細胞に容易に感染できるようにし、最も効率的な遺伝子輸送体の 1 つとしています。 「内因性レトロウイルス」という用語は、その DNA を宿主の生殖系列ゲノムに組み込み、将来の宿主の子孫がそれを継承できるようにしたウイルスを指します。

レンチウイルスのライフサイクル



レンチウイルスのライフサイクルには、ウイルスが標的細胞に侵入し、その遺伝物質を送達し、複製することを可能にする一連のステップが含まれます。レンチウイルスのライフサイクルの主な段階の概要は次のとおりです。


1. 付着と侵入: このプロセスは、レンチウイルスが標的細胞の表面に付着することから始まります。ウイルスエンベロープ糖タンパク質(通常、VSV-G またはその他の修飾タンパク質)は、細胞膜上の特定の受容体と相互作用します。この結合によりエンベロープタンパク質の構造変化が引き起こされ、融合ペプチドが露出します。これにより、ウイルスはエンベロープを細胞膜と融合させ、ウイルス コア (RNA ゲノムと必須タンパク質を含む) を標的細胞の細胞質に放出します。


2. 逆転写: 細胞内に入ると、ウイルスコアは逆転写を実行します。ウイルス酵素逆転写酵素は、ウイルスの一本鎖 RNA ゲノムを二本鎖 DNA 中間体に変換します。プロウイルス DNA として知られるこのウイルス DNA は、ウイルス酵素インテグラーゼの助けを借りて宿主細胞の染色体 DNA に組み込まれます。


3. 組み込み: プロウイルス DNA は、半ランダムな部位で宿主細胞のゲノムに組み込まれます。この組み込みはインテグラーゼによって触媒され、ウイルスが持続感染を確立するために不可欠です。組み込みにより、細胞遺伝子の近くにウイルス DNA が挿入され、その機能に影響を与える可能性があります。


4. 転写と翻訳: 組み込まれたプロウイルス DNA は、宿主細胞の RNA ポリメラーゼ II による転写の鋳型として機能します。次に、ウイルスの RNA 転写物が処理および翻訳されて、ウイルスの構造タンパク質と酵素タンパク質が生成されます。これらのタンパク質は、新しいウイルス粒子の構築に役割を果たします。


5. 集合と出芽: 新たに合成されたウイルス RNA は、構造タンパク質および酵素タンパク質とともに細胞表面に輸送されます。ここで、それらは細胞膜で集合して新しいウイルス粒子を形成します。ウイルスコアは宿主細胞膜に包まれており、細胞表面から出芽する際にウイルスエンベロープタンパク質を獲得します。このプロセスにより、ウイルスは宿主細胞を必ずしも破壊することなく宿主細胞から逃れることができます。


6. 成熟と放出: 出芽中または出芽直後に、新たに形成されたウイルス粒子は成熟し、プロテアーゼ酵素が前駆体タンパク質を成熟型に切断します。このステップは、放出されたウイルスの感染力にとって非常に重要です。その後、成熟したレンチウイルスが宿主細胞から放出され、他の細胞に自由に感染し、新たにサイクルが始まります。


レンチウイルスベクター



レンチウイルスベクターは遺伝子送達の分野における強力なツールであり、広範囲の分裂細胞および非分裂細胞に遺伝物質を効率的に導入できるため広く使用されています。

レンチウイルスの安全性を高めるために、ウイルス生成に必要なコンポーネントは多くのプラスミド (第 2 世代システムでは 3 つ、第 3 世代システムでは 4 つ) に分割されています。安全性を向上させるために、第一世代の HIV-1 レンチウイルス ベクターは、ベクター コンポーネントを 3 つのプラスミドに分割しました。(i) パッケージング構築物。 (ii) ウイルス糖タンパク質を含む Env プラスミド。 (iii) トランスファーベクターゲノム構築。


RCL (複製コンピテントレンチウイルス) の形成を減らすために、パッケージングおよびエンベローププラスミドは、パッケージングシグナルや LTR を含まないように特別に設計されています。第 3 世代のシステムは、RCL の形成を効果的に減少させ、生物学的安全性を向上させました。


以下は、両方のシステムのコンポーネントのリストです。
レンチウイルストランスファープラスミド (目的の遺伝子を含む): ドナー配列には長いターミナルリピート (LTR) が隣接しており、トランスファープラスミド DNA の宿主ゲノムへの組み込みを助けます。一般に、ウイルス感染後に宿主ゲノムに組み込まれるのは、LTR 間の配列および LTR を含む配列です。トランスファープラスミドはすべて複製不能であり、3'LTR に追加の欠失が含まれる場合があり、安全上の理由から組み込み後にウイルスが「自己不活化」(SIN)することがあります。


パッケージングプラスミド : この特殊なプラスミドには、レンチウイルスゲノムをウイルス粒子にパッケージングおよびキャプシド化するために必要な重要なウイルス遺伝子が含まれています。通常、パッケージング プラスミドには、ウイルス コアの形成と逆転写と組み込みに必要な酵素プロセスに重要な構造タンパク質 Gag および Pol をコードする遺伝子が含まれています。さらに、パッケージング プラスミドには、ウイルス RNA 転写物の核外輸送の制御に関与する Rev 遺伝子が含まれることがよくあります。パッケージング プラスミドは、これらの遺伝子の慎重に調整された相互作用を通じて、レンチウイルス ベクターの遺伝子カーゴが正確かつ効率的に新しいウイルス粒子に組み立てられることを保証します。


エンベローププラスミド : この特殊なプラスミドには、宿主細胞の特異性とレンチウイルスの侵入機構を決定するウイルスエンベロープ糖タンパク質をコードする遺伝子が含まれています。エンベローププラスミドは、水疱性口内炎ウイルス(VSV-G)などのソースに由来することが多い、必要なエンベロープタンパク質を提供することにより、レンチウイルス粒子のシュードタイピングを可能にします。シュードタイピングには、ネイティブのエンベロープタンパク質をエンベローププラスミドによってコードされたタンパク質で置き換えることが含まれ、レンチウイルスが感染できる細胞タイプの範囲が拡大されます。このプロセスは、目的の標的細胞への効率的かつ特異的な形質導入を達成するために不可欠です。


遺伝子パッケージングおよびエンベローププラスミドの追加は一般化されており、さまざまな細胞タイプおよびシステムに適しています。実験を計画する場合、考慮して最適化する重要なコンポーネントはトランスファー プラスミドです。第 2 世代のレンチウイルス プラスミドは遺伝子発現にウイルスの LTR プロモーターを利用しますが、第 3 世代のトランスファー プラスミドはハイブリッド LTR プロモーターを利用します。追加のプロモーターまたは特殊なプロモーターもトランスファー プラスミド内に含めることができます。たとえば、U6 プロモーターは、shRNA 発現を駆動するために pSico プラスミドに含められます。蛍光融合やレポーターなどの他の機能もトランスファープラスミドに含めることができます。


レンチウイルス遺伝子導入の 3 つのバリアントを使用する目的は、研究者に in vitro または動物モデルで効率的に生産するための代替方法を提供することです。 2012 年のレンチウイルスの発見により、ヒトゲノミクス研究の新たな可能性が開かれました。研究者らは、ハイスループットな方法で RNA 干渉技術を使用して、レンチウイルスを利用して特定の遺伝子をサイレンシングすることを試みており、その結果、効率と費用対効果が大幅に向上します。

レンチウイルス遺伝子治療



レンチ ウイルス ベクター システムは、遺伝子治療を提供する新しい方法です。このシステムは、レンチウイルスを使用して治療用遺伝子を患者の体の細胞に運びます。レンチウイルスは、広範囲の細胞に感染する能力があることで知られており、遺伝子送達には理想的な選択肢となっています。さらに、レンチウイルスは安定性が高く、体内に長期間残留する可能性があります。このため、慢性疾患を持つ患者にとって優れた選択肢となります。インビトロおよびインビボの両方で、分裂細胞および非分裂細胞への強力な形質導入および安定した発現を媒介するレンチウイルスベクターのこの特徴は、非常に有益である。

レンチ ウイルスをベクターとして使用する利点の 1 つは、非常に安全であることです。また、患者に副作用を引き起こすリスクも低いです。さらに、レンチウイルスは必要に応じて体内から簡単に除去できます。


レンチウイルス システム - アプリケーション



レンチウイルスを使用してヒトまたは動物の細胞に新しい遺伝子を導入することも、一般的な技術です。たとえば、ヒトの欠損遺伝子である野生型血小板第 VIII 因子を発現するマウス血友病モデルは、この方法を使用して修正できます。レンチウイルス感染は分裂細胞と非分裂細胞に効率的に感染できるため、導入遺伝子の長時間発現や低い免疫原性など、他の遺伝子治療技術に比べていくつかの利点があります。さらに、レンチウイルスは体内の特定の細胞を標的にし、治療用遺伝子が目的の目的地に確実に到達するようにすることができます。

レンチウイルスは、腫瘍抗原に対する免疫応答を誘発するためにも使用されています。ガンマレトロウイルスとレンチウイルスはすでに 300 以上の臨床試験で使用されており、その用途はさまざまな病気の治療法からワクチンまで多岐にわたります。


レンチ ウイルス ベクター システムには、遺伝的疾患に苦しむ人々にとっていくつかの利点があります。この方法は安全かつ効果的です。さらに、レンチウイルスを利用して、さまざまな治療用遺伝子を送達することもできます。


これらのベクターは多くの種で非常に効率的です。 DNA マイクロインジェクションはニワトリではまったく効果がありませんでした。これらのベクター内の外来 DNA は 8 kb に制限されています。限られた数の固有の組み込みコピーを持つトランスジェニック動物を大量に生産するには、使用するベクターの量を変更する必要があります。レンチウイルスベクターと導入遺伝子は一緒にサイレンシングされます。統合されたコピーはそれぞれ異なります。絶縁体 5' HS4 は消音効果を低減します。通常、ウイルス プロモーターはレンチウイルス ベクターの発現を決定します。レンチウイルス ベクターは、siRNA の生成に最適です。これらのベクターは市販されており、バンクにはヒトとマウスの両方の mRNA を標的とする siRNA 遺伝子を含むベクターが含まれています。


CNSへの遺伝子導入ツールとしてのレンチウイルスベクター



レンチウイルスベクターは、脳内のほとんどの細胞型に形質導入し、強力で長期にわたる遺伝子発現をもたらすため、脳への遺伝子導入媒体として利用されています。

ガンマレトロウイルスと比較して、レンチウイルスベクターは危険性が低いことがわかっています。


いくつかの研究では、レンチウイルス ベクターが、最終分化ニューロン、樹状細胞、グリア細胞、アストロ サイト、稀突起膠細胞など、CNS のほとんどの細胞型に in vivo で効率的に形質導入できることが示されています。


SIV、EIAV、FIV などの他の種類のレンチウイルス ベクターも脳に導入遺伝子を送り込むことが示されていますが、HIV-1 ベースのベクターが最も効果的で効率的であることが証明されています。


レンチウイルス遺伝子治療 - 潜在的なリスク



レンチウイルスベクターは遺伝子治療に多くの利点をもたらしますが、その使用には一定のリスクもあります。これらのリスクは主に、ベクターのウイルス起源と宿主生物との潜在的な相互作用に起因します。主なリスクには次のようなものがあります。


1. 挿入突然変異誘発: レンチウイルス ベクターは、その遺伝子カーゴを宿主細胞のゲノムに組み込みます。場合によっては、この組み込みにより正常な細胞遺伝子の機能が破壊され、挿入変異誘発が引き起こされ、癌遺伝子の活性化や腫瘍形成などの意図しない結果が引き起こされる可能性があります。


2. 免疫原性: レンチウイルス ベクターは一般に他のウイルス ベクターよりも免疫原性が低いですが、依然として宿主内で免疫応答を引き起こす可能性があります。この免疫反応は、遺伝子治療の有効性を制限したり、副作用を引き起こしたりする可能性があります。


3. 発現制御の制限: レンチウイルスベクターは安定した長期遺伝子発現を実現しますが、発現レベルとタイミングの制御は困難な場合があります。治療遺伝子の過剰発現または過小発現は、望ましくない効果や最適ではない治療結果を引き起こす可能性があります。


4. オフターゲット効果: レンチウイルスベクターが意図しないゲノム部位に誤って組み込まれる可能性があり、近くの遺伝子の機能に影響を与える可能性があります。これにより、予期せぬ生物学的影響や安全性の問題が発生する可能性があります。


5. ベクター動員のリスク: 場合によっては、レンチウイルス ベクター システム内の残留ウイルス要素が、複製して害を及ぼす可能性のある複製可能レンチウイルス (RCL) の生成につながる可能性があります。このリスクを軽減するには、厳格な品質管理と安全対策が必要です。


6. 炎症反応: 一般に、レンチウイルスベクターは他のウイルスベクターよりも炎症性が低いと考えられていますが、依然として軽度の免疫反応を引き起こす可能性があります。これらの反応は、注射部位または周囲の組織で炎症を引き起こす可能性があります。


7. 倫理的考慮事項: 遺伝子治療におけるレンチウイルスベクターの使用は、特に将来の世代に受け継がれる可能性のある生殖系列編集や永久的な遺伝子変化を考慮する場合、倫理的な問題を引き起こします。


8. 指向性の制限: レンチウイルスベクターはすべての細胞型に効率的に形質導入できるわけではないため、特定の細胞を標的とする必要がある特定の疾患や治療法への適用が制限される可能性があります。


9. 製造上の課題: 臨床使用のための高品質レンチウイルスベクターの製造は複雑でコストがかかる場合があります。一貫したベクターの製造および精製プロセスを確保することは、安全性と有効性にとって非常に重要です。


10. 規制に関する考慮事項: 遺伝子治療でのレンチウイルスベクターの使用は規制の監視の対象となり、承認プロセスは厳格で時間がかかる場合があります。規制要件を順守することは、レンチウイルスベースの治療法の開発と実施の重要な側面です。

これらのリスクを軽減するには、徹底的な前臨床研究、堅牢な安全性評価、および慎重な患者モニタリングが不可欠です。研究者と臨床医は、潜在的なリスクを最小限に抑えながらその利点を最大化するために、レンチウイルスベースの遺伝子治療の安全性プロファイルを改善し、潜在的な課題に対処するために継続的に取り組む必要があります。

9th Dec 2024 Sana Riaz

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