脱氧核酶及其基因治疗应用进展

脱氧核酶是利用体外分子进化技术合成的一种具有催化功能的单链DNA片段，由一个碱基环和两条单链侧臂构成。具有高效的催化活性和结构识别能力。1987年Cech等首次发现了RNA具有酶的催化效应。称为核酶（ribozymes），这一发现突破了“酶都是蛋白质”的传统概念。1994年Breaker等发现单链DNA分子同样具有酶活性，这些具有催化功能的DNA分子称为脱氧核酶（DNAzyme），又称酶性DNA。脱氧核酶的发现进一步延伸了酶的概念，是当今分子生物学及基因治疗研究的热点之一，正广泛应用于病毒感染性疾病、肿瘤、某些遗传病等基因治疗方面的研究。本文就脱氧核酶的种类、结构、特性及其在基因治疗应用方面的进展做一综述。     

特异性切割大鼠c—myc癌基因mRNA核酶的设计

核酸(ribozyme)为具有催化活性的RNA分子,能序列特异性地切割靶RNA.与传统的蛋白质酶所不同的是,核酶通过两侧的引导序列与底物以碱基互补形成杂交链,具有更高的底物特异性;核酶切割完靶RNA后即从杂交链上解离下来,可对新的靶RNA进行切割.因此,核酸成为近年来基因治疗的一种新方法.锤头状核酶具有分子小、设计简单、易于合成的特点,人们对核酸在基因治疗中作用的研究大部分是采用锤头状核酸.我们以Forster等总结的由13个保守碱基和3个螺旋区组成的锤头状核酸为模型,选择大鼠c-myc癌基因mRNA为靶RNA,在计算机辅助下设计了能特异性切割大鼠c-myc癌基因mRNA的核酸.     

“10～23”型脱氧核酶的研究进展

脱氧核酶是利用体外分子进化技术获得的一种具有酶活性的单链DNA分子。迄今为止，利用该技术已筛选出多种具有催化功能的脱氧核酶分子，其中研究最多的是具有RNA切割活性的脱氧核酶，尤其是10～23型脱氧核酶，该酶能催化RNA特定部位的切割反应，从mRNA水平使基因灭活，从而调控蛋白质的表达，在抗肿瘤、抗病毒等基因治疗领域具有广阔的应用前景。     

抗HIF-1αmRNA锤头状核酶设计及其基因克隆

目的 设计一个抗缺氧诱导因子1α(HIF-1α)mRNA的锤头状核酶，并构建它的基因表达载体，以便用于肿瘤的基因治疗。方法 用RNA结构分析软件预测HIF-1α mRNA的二级结构并选择合适的核酶作用靶点，以选定的靶点设计相应的锤头状核酶，合成编码核酶的DNA并克隆到载体pSP72上，酶切及DNA测序鉴定核酶序列。结果 HIF-1α mRNA的72位含有GUC三联体，可以作为核酶的切割靶点，设计的核酶包括22nt的催化活性中心和16nt的侧翼序列。计算机辅助预测证明此位点为合适的靶点，限制性内切酶和DNA测序证实核酶基因正确插入载体pSP72上。结论 成功设计并构建抗HIF-1α mRNA锤头状核酶基因表达载体，为进一步运用核酶切割HIF-1α mRNA基因，从而抑制肿瘤生长提供了必要条件。     

核酶抗病毒和抗肿瘤作用的研究进展

核酶是一类具有酶活性的RNA分子，可序列特异性定点地切割靶RNA，从而在分子水平实现对失控基因或有害基因表达的有效阻断。文章就近几年来核酶在抗病毒、抗肿瘤治疗中的应用进行简要介绍。     

脱氧核酶的研究进展

自发现groupⅠ内含子的自我切割和连接活性以来,已进行了大量关于核酸催化活性的研究.通过体外筛选技术又发现一些短的单链DNA具有化学催化活性,这些人工合成的DNA核酶,或称脱氧核酶,具有高效的催化活性和结构识别能力.迄今为止已发现了几十种脱氧核酶,至少能催化7种化学反应.其中最特别的是一种能特异切割RNA的高效通用的脱氧核酶--10-23 DNA核酶.它包括一个催化结构域和两翼的识别结构域.迄今为止在脱氧核酶的应用方面,特别是作为基因表达抑制剂在基因治疗方面,取得了较大的进展.     

HepG2.9706细胞内HDV核酶对HCV RNA抑制活性的初步研究

目的探讨HDV核酶在细胞内抑制HCV RNA的可能性.方法将重组载体转染至转基因细胞HepG2.9706中,通过荧光定量PCR检测细胞和培养上清中的HCV RNA,初步探讨HDV核酶对HCV RNA的抑制活性.结果①RzCl,RzC2,RzC3 3组HDV核酶定向插入到真核表达载体.②在转基因细胞HepG2.9706中,pCl-RzCl、pC1-RzC2、pCl-RzC3对HCV-5′NCR-C RNA抑制活性分别为69.2%,38.7%、4.2%.结论①成功构建了3个HDV核酶重组表达载体.②pC1-RzC1、RC1-RzC2在转基因细胞HepG2.9706具有抑制HCV-5′NCR-C RNA的活性.     

核酶及突变核酶在体外对HBV mRNA的切割作用

目的：探讨多位点核酶对乙型肝炎病毒（HBV）信使核糖核酸（mRNA)的切割作用，以及保守碱基突变后对切割活性的影响。方法：利用计算机辅助设计针对HBV C区基因的多位点核酶及保守碱基突变的双位点核酶，构建多位点核酶及双位点突变核酶的自剪切载体（pGEMRz123,pGEMmRz12)，观察核酶及突变核酶对RNA的切割作用。结果：构建后的多位点串联核酶及突变核酶的自剪切转录载体在体外转录后，其顺式核酶可发生自剪切，并可将目的的核酶释放出来。多位点核酶对HBV mRNA有明确的切割作用，而保守碱基突变后对HBV mRNA则无切割作用。结果 ：抗HBV多位点酶在体外可明确切割HBV靶RNA，突变后的核酶无切割活性，保守碱基为核酶保持活性所必需。     

Ⅰ、Ⅲ型前胶原基因第2外显子核酶对靶RNA的体外切割活性的研究

目的 体外研究锤头型α1Ⅰ型及Ⅲ型前胶原基因第2外显子片段核酶对各自靶RNA分子的切割活性及反应条件。同时观察两反义核酶对瘢痕中成纤维细胞胶原合成的影响。方法 将含α1Ⅰ型及Ⅲ型前胶原基因第2外显子片段的重组质粒(pT-Ⅰ、pT-Ⅲ)，经体外^32P标记转录后形成产物靶RNA。同时将含特异性核酶基因的重组质粒(pT-gⅠ、pT-gⅢ)进行非标记的体外转录，产物(核酶)与各自的^32P-靶RNA按不同的条件混和反应，电泳后放射自显影观察结果。将构建好的核酶以脂质体包裹后导入培养的成纤维细胞内，采用图像分析法观察核酶对成纤维细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白mRNA合成的影响。结果 两种核酶在37℃、42℃均能有效切割各自的靶RNA，对Mg^2 浓度的要求范围较宽(10～20mmol／L)；反应温度从65℃逐渐降至并维持在37℃的条件下核酶切割活性显提高。Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白mRNA的表达明显降低，胶原蛋白生成降低，胶原生成明显受抑制。结论 针对α1Ⅰ型及Ⅲ型前胶原基因第2外显子片段的核酶能有效地在体外对靶RNA进行切割并能有效地抑制瘢痕中成纤维细胞胶原的合成。     

核酶在抗病毒基因治疗中的设计策略

核酶 (ribozyme)是一类具有催化活性的RNA分子 ,可通过碱基配对特异地与相应的RNA底物结合 ,并在特定的位点切割底物RNA分子。自美国科学家Cech和Altman等发现核酶至今的 2 0多年来 ,人们利用核酶可以特异性地切割靶RNA序列的特点 ,通过设计合适的核酶阻断特定基因的表达 ,已相     

血管内皮生长因子165核酶的合成及其体外活性

目的 探讨抗血管内皮生长因子165（VEGF165）核酶的设计合成及其生物学活性。方法 利用计算机辅助设计针对VEGF165的锤头状核酶，构建核酶的自剪切转录载体pGEMRz212，体外转录合成核酶Rz212及其相应的底物VEGF165mRNA，在无细胞体系中观察核酶对靶RNA的切割作用。结果 构建的自剪切转录载体在转录的过程中发生了自身剪切，并释放出目的核酶Rz212，该核酶具有切割VEGF165 mRNA的作用。结论 计算机辅助设计的VEGF165锤头状核酶体外可有效切割靶RNA，具有较高的生物活性。     

核酶与抗病毒基因治疗

<正>核酶是1981年由Cech和Alfman在研究四膜虫mRNA前体的剪接中首先发现的。此二人由此获得1989年的诺贝尔奖。核酶是一类具有酶催化活性的RNA分子,它可与相应的特异序列的RNA底物结合,行使其切割功能。核酶切割RNA不仅是其自身的主要功能特点,也是其用于阻断基因表达和抗病毒治疗的主要依据。目前,研究人员多以人工手段合成具有催化     

锤头状核酶RCP在HepG2215细胞中阻断HBV基因表达的初步研究

目的：在细胞水平上观察核酶对HBV基因表达的作用。方法：将在体外具有切割活性的核酶RCP的基因构建在表达载体pSVL中，获得重组质粒RCP/pSVL，运用脂质体介导的基因转染技术将重组核酶基因引入HepG2215细胞，并以空载体pSVL转染组为对照，通过固相放射免疫测定方法检测细胞培养上清的HBsAg及HBeAg分泌量，以此观察核酶RCP对HBV基因表达的影响。结果：在暂时性表达系统中，针对P基因5’-端2360位点的核酶RCP对HepG2215细胞中HBsAg和HBeAg分泌量的抑制率分别是26.7%、24.8%。结论：锤头状核酶RCP在细胞水平上能一定程度抑制HBV基因的表达。     

抗端粒酶M1RNA核酶真核表达载体构建及肝癌细胞转染的研究

目的构建抗人端粒酶RNA(hTR)的M1RNA核酶的真核表达载体,并筛选稳定转染核酶的肝癌细胞株。方法设计并应用PCR技术合成hTR模板的M1RNA核酶,应用pEGFPC1载体构建M1RNA核酶的真核表达质粒,应用脂质体LipofectAMINEAM2000转染肝癌细胞系HepG2,应用G418筛选稳定表达核酶的细胞株。结果测序证实hTR的M1RNA核酶基因被正确克隆入真核表达载体pEGFPC1,应用脂质体成功转染肝癌细胞系HepG2。结论成功构建了hTR的M1RNA核酶,并筛选出了稳定表达核酶的肝癌细胞株。     

核酶切割per基因所致的缓解吗啡成瘾作用研究

目的　探讨 per基因与阿片类成瘾的相关性 ,进而寻找治疗阿片成瘾的基因戒毒疗法。方法　设计并合成特异性 per锤头状核酶基因和 per核酶靶 m RNA组分基因 ,并分别重组入体外转录质粒 ,而后将经体外转录反应得到 per核酶 RNA和地高辛标记的 per核酶靶 m RNA组分。将转录产物混合 ,在不同条件下进行体外切割反应后 ,采用地高辛化学发光法检测 per核酶的体外切割效率。小鼠脑室注射直接导入脂质体包裹的重组质粒 pc DNA3.1- per RZ DNA,按剂量递增法建立吗啡依赖动物模型 ,用纳洛酮催瘾 ,观察戒断反应的变化。结果per核酶对 per核酶靶 m RNA组分的体外切割效率达到 6 0 %。重组质粒组小鼠的刻板跳跃、“湿狗”样抖动和打洞次数与空质粒组、生理盐水组相比明显减少 ,但并不抑制小鼠的体重下降。结论　 per核酶具有体外定点切割 per基因 m RNA组分的活性。经小鼠吗啡成瘾模型检测 ,该重组质粒能成功转染活体小鼠脑细胞并在脑组织内稳定表达 per核酶 ,发挥阻断 per基因表达的作用 ,有效地减轻吗啡成瘾的戒断症状。     

抗人组织金属蛋白酶抑制剂1的核酶高表达载体的构建及体外活性鉴定

目的:构建特异性切割人组织金属蛋白酶抑制剂1(tissue inhibitor of metalloproteinases1,TIMP-1)的锤头状核酶的真核表达载体并在体外进行活性鉴定,为应用于瘢痕基因治疗奠定基础.方法:设计并合成针对人组织TIMP-1 mRNA的锤头状核酶基因Rz182、Rz358和Rz412及相应的点突变核酶基因,将核酶基因克隆于可在体内高表达核酶的载体pBSKneoU6中,制备嵌合于U6 snRNA分子的核酶基因克隆.逆转录聚合酶链式反应获得全长TIMP-1 mRNA基因片段并克隆至T载体.体外转录法大量制备以α-32P UTP 标记的核酶及靶RNA,进行体外切割实验.结果:核酶基因克隆制备正确,在体外成功转录出嵌合于U6 snRNA的核酶和靶RNA. 37℃的生理温度下,U6Rz182和U6Rz358成功切割了靶RNA,U6Rz182切割效率为49.23%,Km=29.7 nmol/L,Kcat=0.32 min-1.U6Rz358切割效率为55.21%.Km=39.6 nmol/L,Kcat=0.21 min-1.U6Rz412及突变核酶均未显示切割活性.结论:本研究中制备的U6Rz182和U6Rz358有良好的特异催化切割活性,有望在瘢痕成纤维细胞内抑制人TIMP-1的表达,成为新的抗瘢痕核酸药物.     

丁型肝炎病毒核酶在分子水平对丙型肝炎病毒RNA的反式煎切活性

锤头状核酶 (ｈａｍｍｅｒｈｅａｄｒｉｂｏｚｙｍｅ)和发夹状核酶 (ｈａｉｒｐｉｎｒｉｂｏｚｙｍｅ)能特异性定点剪切靶ＲＮＡ分子 ,可用于抗病毒、抗肿瘤等基因治疗[1] 。但假结样核酶 (ｐｓｅｕｄｏｋｎｏｔｒｉｂｏｚｙｍｅ) ,如丁型肝炎病毒 (ＨＤＶ )核酶 ,包括基因组核酶 (ｇｅｎｏｍｉｃｒｉｂｏｚｙｍｅ)和抗基因组核酶 (ａｎｔｉｇｅｎｏｍｉｃｒｉｂｏｚｙｍｅ) ,是否具有抗病毒等活性 ,迄今研究鲜见[2 ] 。本研究旨在评价基因组核酶对丙型肝炎病毒 (ＨＣＶ)ＲＮＡ在分子水平的剪切活性。一、材料与方法1.核酶ｃＤＮＡ及引物由…     

核酶切割per基因所致的缓解吗啡成瘾作用研究

目的：探讨per基因与阿片类成瘾的相关性，进而寻找治疗阿片成瘾的基因戒毒疗法。方法：设计并合成特异性per锤头状核酶基因和per核酶靶mRNA组分基因，并分别重组人体外转录质粒，而后将经体外转录反应得到per核酶RNA和地高辛标记的per核酶靶mRNA组分。将转录产物混合，在不同条件下进行体外切割反应后，采用地高辛化学发光法检测per核酶的体外切割效率。小鼠脑室注射直接导入脂质体包裹的重组质粒pcDNA 3.1-per RZ DNA，按剂量递增法建立吗啡依赖动物模型，用纳洛酮催瘾，观察戒断反应的变化。结果：per核酶对per核酶靶mRNA组分的体外切割效率达到60％。重组质粒组小鼠的刻板跳跃、“湿狗”样抖动和打洞次数与空质粒组、生理盐水组相比明显减少，但并不抑制小鼠的体重下降。结论：per核酶具有体外定点切割per基因mRNA组分的活性。经小鼠吗啡成瘾模型检测，该重组质粒能成功转染活体小鼠脑细胞并在脑组织内稳定表达per核酶，发挥阻断per基因表达的作用，有效地减轻吗啡成瘾的戒断症状。     

Ⅰ、Ⅲ型前胶原基因第2外显子核酶对靶RNA的体外切割活性的研究

目的 体外研究锤头型α1Ⅰ型及Ⅲ型前胶原基因第2外显子片段核酶对各自靶RNA分子的切割活性及反应条件。同时观察两反义核酶对瘢痕中成纤维细胞胶原合成的影响。方法 将含α1Ⅰ型及Ⅲ型前胶原基因第2外显子片段的重组质粒(pT-Ⅰ、pT-Ⅲ),经体外³²P标记转录后形成产物靶RNA。同时将含特异性核酶基因的重组质粒(pT-gⅠ、pT-gⅢ)进行非标记的体外转录,产物(核酶)与各自的³²P-靶RNA按不同的条件混和反应,电泳后放射自显影观察结果。将构建好的核酶以脂质体包裹后导入培养的成纤维细胞内,采用图像分析法观察核酶对成纤维细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白mRNA合成的影响。结果 两种核酶在37 ℃、42 ℃均能有效切割各自的靶RNA,对Mg²⁺浓度的要求范围较宽(10~20 mmol/L);反应温度从65 ℃逐渐降至并维持在37 ℃的条件下核酶切割活性显著提高。Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白mRNA的表达明显降低,胶原蛋白生成降低,胶原生成明显受抑制。结论 针对α1Ⅰ型及Ⅲ型前胶原基因第2外显子片段的核酶能有效地在体外对靶RNA进行切割并能有效地抑制瘢痕中成纤维细胞胶原的合成。     

端粒酶RNA特异性核酶抑制卵巢癌细胞端粒酶的活性

目的：研究端粒酶RNA特异性核酶对卵巢癌细胞活性的抑制作用。。方法：用脂质体法将构建好的核酶逆转录病毒载体转染至卵巢癌HO－8910细胞，以MTT比色法检测细胞的生长，应用流式细胞仪分析细胞周期细胞，观察细胞的增殖情况，同时扩增端粒重复序列，结合杂交分析，检测细胞的端粒酶活性。结果：MTT检测发现转染核酶后的细胞生长的潜伏期延长（48→72h），对数生长期减缓（4→5d），流式细胞仪结果显示其G1期比例明显增高（70．0％→80．5％，P＜0．01），S期细胞比例明显降低（19．0％→13．7％，P＜0．01），细胞增殖下降，细胞的端粒酶活性亦降低。结论端粒酶RNA特异性核酶能抑制卵巢癌细胞粒酶活性，抑制细胞增殖。