新型病毒载体为整个大脑和身体的神经元提供有用的载体

病毒已经发展成为将基因传递到细胞中的高效载体。为了利用这些特性,科学家们可以将病毒重新编程为载体,能够将其选择的基因载体运送到体内细胞核中。这些载体已成为传递基因以治疗疾病或用荧光颜色标记神经元及其结缔纤维以绘制其位置的关键工具。因为病毒载体已被剥夺了它们自己的基因,从而剥夺了它们的复制能力,它们不再具有传染性。因此,用载体实现广泛的基因递送是具有挑战性的。尤其是基因传递到难以到达的器官,如大脑,病毒载体必须通过所谓的血脑屏障,

现在,为了在整个中枢和外周神经系统中实现广泛的基因传递,加州理工学院的研究人员开发了两种基于腺相关病毒(AAV)的载体新变种:一种可以有效地将遗传物质运送到血脑屏障的载体; 另一种被驻留在大脑和脊髓外的外周神经元有效地吸收,例如那些感知疼痛和调节心率,呼吸和消化的神经元。在简单注入血流后,两种载体都能够达到它们的目标。载体是可定制的,可以用作基因疗法的一部分,用于治疗影响整个中枢神经系统的神经退行性疾病,如亨廷顿病,或帮助绘制或调节神经元回路并了解它们在疾病期间如何变化。

这项工作是在Viviana Gradinaru实验室,生物学和生物工程助理教授,遗传医学研究所研究员,天桥分子和细胞神经科学中心主任和加州理工学院Chrissy Chen神经科学研究所主任,以及首席研究员。贝克曼研究所的CLOVER(CLARITY,Optogenetics和Vector Engineering Research)中心。

一篇描述该研究的论文发表在6月26日出版的“ 自然神经科学 ” 杂志上。

“我们现在开发了一系列新的病毒和工具来研究中枢和周围神经系统,”Gradinaru说。“我们现在能够通过低剂量全身注射,在难以到达的区域接近神经元,并精确标记具有多种荧光颜色的细胞来研究它们的形状和连接,从而获得高效的全脑传递。”

Gradinaru和她的团队修改了2016年开发的AAV的外表面,设计了病毒的壳或衣壳,使其能够在静脉注射后更有效地将基因传递给大脑和脊髓中的细胞。他们将新病毒命名为AAV-PHP.eB。

该团队还开发了一种额外的衣壳变体,他们称之为AAV-PHP.S,它能够转导外周神经元。

“中枢神经系统之外的神经元具有许多功能,从传递感觉信息到控制器官功能,但其中一些外围神经回路尚未被充分了解,”贝克曼研究所CLOVER中心高级研究科学家兼主任Ben Deverman说。 。“我们开发的AAV-PHP.S载体可以帮助研究人员利用遗传编码的传感器和工具研究外围电路中特定类型神经元的活动和功能,分别用光或设计药物调节神经元放电。”

新的AAV载体还可以提供编码彩色荧光蛋白的基因; 这些蛋白质可用于鉴定和标记细胞。在这个过程中,多个AAV(每个都带有不同的颜色)混合在一起并注入血液中。当它们到达目标神经元时,每个神经元都会获得独特的颜色组合,从而赋予它视觉上不同的色调,使研究人员更容易将其细节与其邻居的细节区分开来。此外,该团队设计了一种技术来控制标记的神经元数量 - 标记过多的神经元使得无法区分单个神经元 - 这使得研究人员可以使用另一种技术Gradinaru可视化各个神经元的形状并通过完整的组织追踪它们的连接纤维。实验室帮助发展,

“通常,当研究人员希望小鼠或其他动物模型在某些细胞中表达荧光蛋白时,他们需要开发转基因动物,这些动物可能需要数月甚至数年来制作和表征,”前研究生和第一作者肯陈(博士)说。 '17)。“现在只需一次注射,我们就可以在注射后的几周内标记出各种颜色的特定细胞。”

“对于我们新的全身病毒载体 - AAV PHP.S和AAV PHP.eB--有许多潜在的用途,从外围的绘图电路和基因调控元件的快速筛选到使用CRISPR-Cas9等强大工具进行基因组编辑,“格拉迪纳鲁说。“但也许最激动人心的暗示是,我们的工具与适当的活动调节基因配对,可以实现非侵入性深部大脑调节,用于治疗神经系统疾病,如帕金森病。”