AAV 凭借其低免疫原性、高安全性及感染宿主范围广等特点,被广泛应用于各种体内研究,也成为近年来 基因治疗领域最重要的一种递送载体之一,但 AAV 有限的荷载能力(约 4.7kb)使其无法递送一些较大的基因,这在一定程度上限制了其应用范围,大基因拆分 AAV 递送技术的发展解决了这一难题。具体来讲,我们可以将要递送的大片段基因进行拆分,分成两个或三个部分,再由两个或三个独立的 AAV 载体携带,同时向靶细胞传递后,在细胞内重组整个大基因表达框,表达完整的大蛋白。根据重组机制的不同,可将大片段基因拆分的方法分为:重叠(overlapping)法、反式剪切(trans-splicing)法、混合(hybrid)法。
重叠(overlapping)法
转基因载体 A 和 B 包含的 CDS 序列之间通常拥有 400-1400 bp 的同源区域,这些重叠区域会发生某种形式的同源重组(HR),从而重建一个大的基因表达框。该策略在载体设计上相对简单,不需要添加其他外源性的功能元件,但十分依赖于目的基因重叠区域本身的同源重组的能力。
反式剪切(trans-splicing)法
反式剪切法在两个片段上分别连接了剪接位点的供体序列和受体序列。转基因载体 A 包含启动子、转基因的 5’端以及剪接位点的供体序列;转基因载体 B 则包含剪接位点的受体序列、转基因的 3’端以及 polyA 信号。当两种病毒转导细胞时,如果 A 和 B 形成异源二聚体,则两部分 pre-mRNA 的剪接将重新组成全长的转基因。
该策略利用的是 AAV 载体上 ITR 固有的特性,在 ITR 的介导下发生分子间重组。ITR 介导的分子间重组拼接是一个自发的过程,但是需要克服如串联体形成及拼接有效性等影响拼接效率的问题。拼接效率主要由目的基因分裂位点和选择的剪接信号决定。
混合(hybrid)法
混合法结合了反式剪切与重叠两种方法,通过在反式剪切载体上添加高度重叠的外源序列(来自碱性磷酸基因 -AP 或噬菌体 F1 基因组 -AK)来提高重组效率。转基因载体 A 包含启动子、转基因 5’端、剪接供体序列和同源区域;转基因载体 B 则包含同源区域、剪接受体序列、转基因 3’端及 polyA 信号。全长基因可通过重叠或反式剪切机制形成。
该策略利用高度重叠的外源序列能指导双 AAV 载体以正确的方式进行连接,但是剪切信号周围的序列会影响剪切效率,因此需要仔细选择分裂位点来实现大基因片段的有效重组。