慢病毒包装质粒的基本原理在于通过基因工程构建一组质粒,将外源基因插入到慢病毒的基因组中,使其能够在哺乳动物细胞中表达并整合到宿主基因组内。这种方法常用于基因表达研究、基因治疗和基因敲低实验。

慢病毒包装质粒系统主要包括以下三种质粒:

转移质粒(Transfer Plasmid)
转移质粒包含目的基因序列和长末端重复序列(LTR,Long Terminal Repeat)。LTR序列对慢病毒的反转录和整合至关重要。此外,转移质粒中通常还包含用于选择筛选的抗性基因以及用于调控的启动子。LTR序列包裹的基因会在感染目标细胞后被整合到宿主基因组中,使得目的基因可以长期表达。

包装质粒(Packaging Plasmid)
包装质粒主要提供慢病毒结构蛋白和酶,例如Gag、Pol等。Gag蛋白负责病毒的组装,Pol编码病毒反转录酶和整合酶。包装质粒中没有LTR序列,因此它的基因不会被整合到宿主细胞基因组中。这样可以确保病毒载体在宿主细胞中不进行自我复制。

包膜质粒(Envelope Plasmid)
包膜质粒通常编码外源包膜蛋白(如VSV-G),这会决定慢病毒的感染范围(即其嗜性)。VSV-G蛋白具有广泛的宿主范围,使得慢病毒可以感染多种类型的哺乳动物细胞。

 

工作原理

共转染细胞
研究人员将转移质粒、包装质粒和包膜质粒共同转染到包装细胞(如HEK293T细胞)中。每种质粒发挥各自功能,协同生产出功能完整的慢病毒颗粒。

病毒颗粒形成与收集
在细胞内,转移质粒上目的基因的mRNA被包装到病毒颗粒中,而包装质粒和包膜质粒的产物则形成病毒的结构和包膜。

感染目标细胞
慢病毒颗粒从包装细胞释放后,可以用来感染目标细胞。在目标细胞中,病毒RNA通过反转录转化为DNA并整合到宿主基因组中,从而实现目的基因的稳定表达。

 

优点与应用

慢病毒具有稳定的基因整合能力,能够在分裂细胞和非分裂细胞中感染并表达外源基因,因此在基因治疗、基因敲低研究以及长期基因表达研究中应用广泛。