浙江大学医学院研究生院官网「浙江大学健康管理专业」
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作者：alan
导读：基因传递是指外源dna被转移到宿主细胞，从细胞内囊泡中释放出来，并被转运到细胞核进行转录的过程。这一过程往往效率低下而且难以控制。
5月8日，浙江大学医学院附属第一医院/中国科学院的研究人员在《nat**e：signal transduction and targeted therapy》上发表了名为“cell-cycle dependent nuclear gene delivery enhances the effects of e-cadherin against tumor invasion and metastasis”的文章，研究人员开发了一种基因传递策略，利用***直接将质粒dna传递到细胞核中，在抑制肿瘤转移方面取得了新进展。
https://www.nat**e.com/articles/s41392-023-01398-4
研究背景
01
基因传递是将外源dna转移到宿主细胞用于遗传研究或基因治疗等生物医学应用的关键过程。大多数情况下，设计有效的基因传递系统对成功传递外源基因至关重要，如生物载体(如病毒或细菌)或化学载体(如脂质或纳米颗粒)。与病毒载体相比，非病毒基因载体由于其较低的毒性和免疫原性而越来越受青睐。非病毒载体的主要限制是蛋白质表达水平低和基因转染效率差。由于在细胞内传递过程中纳米颗粒会丢失，因此只有四分之一的基因负载纳米颗粒到达细胞核。因此，如何使外源dna进入细胞核并在不引起副作用的情况下提高非病毒载体的效率是一个重大挑战。
研究方法
02
研究人员开发了一种新的基因传递策略，基于气囊泡(gvs)的细胞内空化通过超声将质粒dna (pdna)直接传递到细胞核中。与微泡不同，来自盐杆菌nrc-1的气囊泡具有纳米级的颗粒大小，可以通过内吞作用被细胞吸收，从而在细胞内产生空化传递核基因。研究人员首先从盐杆菌nnc -1中分离出gv，并用pdna-聚亚胺复合物(pdna/pei25 k)包裹gv，然后细胞吸收得到的pdna/pei25 k结合gv (pdna- gv)。这些细胞内的pdna- gv在超声照射下会在细胞质中产生空化效应，穿透核膜并将pdna载荷传递到细胞核中。由于它们起源于细胞内，gv可以在没有超声照射的细胞中保持稳定(图1)，因此在暂时控制核基因传递方**有显著优势。g2/m期e-cadherin的过表达导致fam50a下调，进一步降低fam50a/runx2的相互作用，导致mmp13下调，mmp13是上皮-间质转化(emt)的重要因子(图1。
https://www.nat**e.com/articles/s41392-023-01398-4
gv首先由盐杆菌nrc-1生物合成然后分离。扫描电镜(sem)图像显示，gv和pdna – gv具有均匀的橄榄球状形态。与pdna/ pei25k配合物的表面结合不会改变gv形态，但将其负zeta电位逆转并略微增加粒径，结合dna的能力逐渐增强，达到近40µg / od500 gvs。细胞核周围的细胞质pdna-gvs定位确认使用透射电子显微镜(tem)。与通过内溶酶体途径传播的pdna/ pei25k复合物不同，研究人员发现pdna- gv可以逃离溶酶体，原因可能是pdna – gv的粒径较大，限制了它们进入溶酶体，而pei的质子海绵效应有助于逃离溶酶体。这些细胞中含有荧光标记的pdna – gv，声学辐射对gv进行了破坏，并通过空化效应将有效载荷传递到细胞核中。
在辐照细胞中，细胞骨架明显紊乱，而在未辐照细胞中则未观察到此现象，证实了在辐照细胞中存在细胞内空化pdna-gvs。透射电镜图像显示经过声辐照处理的pdna-gvs细胞核膜上有大孔，但仅经过辐照的普通细胞或未经过辐照的pdna-gvs细胞核膜上没有大孔，辐照pdna-gvs不会对细胞活力造成明显损害。在没有声辐射的pegfp-gvs中，只有10.0±2.0%的细胞发出绿色荧光。为确定细胞内空化是否优于细胞外空化，以相同剂量将pegfp-gvs与hek293细胞、b1610细胞、mc38细胞和c6细胞孵育，然后进行0.5 mpa声照射。与细胞外空化处理的细胞相比，细胞内空化处理的四种细胞的基因转染效率均显著提高。这些结果表明，通过pdna-gv胞内空化声调控核基因传递可显著提高基因转染效率。
为研究细胞内空化介导的核基因传递对其他功能基因的有效性，研究人员创建了pcherry或pecad质粒，并以时间控制的方式通过细胞内空化测试了它们对c6肿瘤细胞侵袭和迁移的影响。c6细胞摄取pcherry-gvs或pecad-gvs 6小时，生成pcherry-gvs@c6细胞或pecad-gvs@c6细胞。荧光显微镜结果证实mcherry和e-cadherin基因在声照射后成功表达。
https://www.nat**e.com/articles/s41392-023-01398-4
研究意义
03
基因表达的调控是一个精确的过程，允许细胞对各种生理、病理和环境刺激作出反应。研究人员开发了一种核基因传递策略，使用可被细胞吸收的pdna-gvs。气囊泡具有良好的生物相容性，并能在受体细胞中保持稳定。这种核基因传递策略有几个优点：一、pdna可以通过细胞内空化直接传递到细胞核中，允许更高的基因转染或表达效率；二、聚焦超声触发核基因传递具有时间和空间可控的特点，为基因在体内表达提供了一种很有前景的控制策略。
参考资料：
https://www.nat**e.com/articles/s41392-023-01398-4
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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基因传递是将外源dna转移到宿主细胞用于遗传研究或基因治疗等生物医学应用的关键过程。大多数情况下，设计有效的基因传递系统对成功传递外源基因至关重要，如生物载体(如病毒或细菌)或化学载体(如脂质或纳米颗粒)。与病毒载体相比，非病毒基因载体由于其较低的毒性和免疫原性而越来越受青睐。非病毒载体的主要限制是蛋白质表达水平低和基因转染效率差。由于在细胞内传递过程中纳米颗粒会丢失，因此只有四分之一的基因负载纳米颗粒到达细胞核。因此，如何使外源dna进入细胞核并在不引起副作用的情况下提高非病毒载体的效率是一个重大挑战。
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02
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为研究细胞内空化介导的核基因传递对其他功能基因的有效性，研究人员创建了pcherry或pecad质粒，并以时间控制的方式通过细胞内空化测试了它们对c6肿瘤细胞侵袭和迁移的影响。c6细胞摄取pcherry-gvs或pecad-gvs 6小时，生成pcherry-gvs@c6细胞或pecad-gvs@c6细胞。荧光显微镜结果证实mcherry和e-cadherin基因在声照射后成功表达。
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03
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参考资料：
https://www.nat**e.com/articles/s41392-023-01398-4
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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