Design of AAV Vectors for Delivery of RNAi

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下面介绍一个用于 RNA 干扰的 AAV 设计实验方案。首先要从以下几个方面思考这样的载体设计有哪些注意点:

载体设计的一般考虑

插入基因的大小

miRNA 比常规的 cDNA 短很多,所以可能要考虑填充一些序列以便于 AAV 的正常包装。

启动子筛选

  • pol III 可用作 miRNA 的初筛,因为它可以使得 miRNA 有一个较高的表达
  • 出于安全性和组织表达有效性的考虑,需要选择 pol II 的其他一些启动子,如下(以下只是举个例子,其他启动子自行探索),表 1 是常见的启动子,表 2 是一些组织特异性启动子
名称 类型 5'-3'
H1 Pol III GGAATTCGAACGCTGACGTCATCAACCCGCTCCAAGGAATCGCGGGCCCAGTGTCACTAGGCGGGAACACCCAGCGCGCGTGCGCCCTGGCAGGAAGATGGCTGTGAGGGACAGGGGAGTGGCGCCCTGCAATATTTGCATGTCGCTATGTGTTCTGGGAAATCACCATAAACGTGAAATGTCTTTGGATTTGGGAATCTTATAAGTTCTGTATGAGACCACTCTTTCCC
U6 Pol III GAGGGCCTATTTCCCATGATTCCTTCATATTTGCATATACGATACAAGGCTGTTAGAGAGATAATTGGAATTAATTTGACTGTAAACACAAAGATATTAGTACAAAATACGTGACGTAGAAAGTAATAATTTCTTGGGTAGTTTGCAGTTTTAAAATTATGTTTTAAAATGGACTATCATATGCTTACCGTAACTTGAAAGTATTTCGATTTCTTGGCTTTATATATCTTGTGGAAAGGACGAAACACC
CB full length(CB) Pol II GATCTTCAATATTGGCCATTAGCCATATTATTCATTGGTTATATAGCATAAATCAATATTGGCTATTGGCCATTGCATACGTTGTATCTATATCATAATATGTACATTTATATTGGCTCATGTCCAATATGACCGCCATGTTGGCATTGATTATTGACTAGTTATTAATAGTAATCAATTACGGGGTCATTAGTTCATAGCCCATATATGGAGTTCCGCGTTACATAACTTACGGTAAATGGCCCGCCTGGCTGACCGCCCAACGACCCCCGCCCATTGACGTCAATAATGACGTATGTTCCCATAGTAACGCCAATAGGGACTTTCCATTGACGTCAATGGGTGGAGTATTTACGGTAAACTGCCCACTTGGCAGTACATCAAGTGTATCATATGCCAAGTCCGCCCCCTATTGACGTCAATGACGGTAAATGGCCCGCCTGGCATTATGCCCAGTACATGACCTTACGGGACTTTCCTACTTGGCAGTACATCTACGTATTAGTCATCGCTATTACCATGGTCGAGGTGAGCCCCACGTTCTGCTTCACTCTCCCCATCTCCCCCCCCTCCCCACCCCCAATTTTGTATTTATTTATTTTTTAATTATTTTGTGCAGCGATGGGGGCGGGGGGGGGGGGGGGGCGCGCGCCAGGCGGGGCGGGGCGGGGCGAGGGGCGGGGCGGGGCGAGGCGGAGAGGTGCGGCGGCAGCCAATCAGAGCGGCGCGCTCCGAAAGTTTCCTTTTATGGCGAGGCGGCGGCGGCGGCGGCCCTATAAAAAGCGAAGCGCGCGGCGGGCGGGAGTCGCTGCGACGCTGCCTTCGCCCCGTGCCCCGCTCCGCCGCCGCCTCGCGCCGCCCGCCCCGGCTCTGACTGACCGCGTTACTCCCACAGGTGAGCGGGCGGGACGGCCCTTCTCCTCCGGGCTGTAATTAGCGCTTGGTTTAATGACGGCTTGTTTCTTTTCTGTGGCTGCGTGAAAGCCTTGAGGGGCTCCGGGAGGGCCCTTTGTGCGGGGGGGAGCGGCTCGGGGGGTGCGTGCGTGTGTGTGTGCGTGGGGAGCGCCGCGTGCGGCCCGCGCTGCCCGGCGGCTGTGAGCGCTGCGGGCGCGGCGCGGGGCTTTGTGCGCTCCGCAGTGTGCGCGAGGGGAGCGCGGCCGGGGGCGGTGCCCCGCGGTGCGGGGGGGGCTGCGAGGGGAACAAAGGCTGCGTGCGGGGTGTGTGCGTGGGGGGGTGAGCAGGGGGTGTGGGCGCGGCGGTCGGGCTGTAACCCCCCCCTGCACCCCCCTCCCCGAGTTGCTGAGCACGGCCCGGCTTCGGGTGCGGGGCTCCGTACGGGGCGTGGCGCGGGGCTCGCCGTGCCGGGCGGGGGGTGGCGGCAGGTGGGGGTGCCGGGCGGGGCGGGGCCGCCTCGGGCCGGGGAGGGCTCGGGGGAGGGGCGCGGCGGCCCCCGGAGCGCCGGCGGCTGTCGAGGCGCGGCGAGCCGCAGCCATTGCCTTTTATGGTAATCGTGCGAGAGGGCGCAGGGACTTCCTTTGTCCCAAATCTGTGCGGAGCCGAAATCTGGGAGGCGCCGCCGCACCCCCTCTAGCGGGCGCGGGGCGAAGCGGTGCGGCGCCGGCAGGAAGGAAATGGGCGGGGAGGGCCTTCGTGCGTCGCCGCGCCGCCGTCCCCTTCTCCCTCTCCAGCCTCGGGGCTGTCCGCGGGGGGACGGCTGCCTTCGGGGGGGACGGGGCAGGGCGGGGTTCGGCTTCTGGCGTGTGACCGGCGGCTCTAGAGCCTCTGCTAACCATGTTCATGCCTTCTTCTTTTTCCTACAGCTCCTGGGCAACGTGCTGGTTATTGTGCTGTCTCATCATTTTGGCAAAGAATTCGATATCA
CB hybrid(CBh) Pol II AGATGTACTGCCAAGTAGGAAAGTCCCGTAAGGTCATGTACTGGGCATAATGCCAGGCGGGCCATTTACCGTCATTGACGTCAATAGGGGGCGTACTTGGCATATGATACACTTGATGTACTGCCAAGTGGGCAGTTTACCGTAAATACTCCACCCATTGACGTCAATGGAAAGTCCCTATTGGCGTTACTATGGGAACATACGTCATTATTGACGTCAATGGGCGGGGGTCGTTGGGCGGTCAGCCAGGCGGGCCATTTACCGTAAGTTATGTAACGCGGAACTCCATATATGGGCTATGAACTAATGACCCCGTAATTGATTACTATTAACCACGTTCTGCTTCACTCTCCCCATCTCCCCCCCCTCCCCACCCCCAATTTTGTATTTATTTATTTTTTAATTATTTTGTGCAGCGATGGGGGCGGGGGGGGGGGGGGCGCGCGCCAGGCGGGGCGGGGCGGGGCGAGGGGCGGGGCGGGGCGAGGCGGAGAGGTGCGGCGGCAGCCAATCAGAGCGGCGCGCTCCGAAAGTTTCCTTTTATGGCGAGGCGGCGGCGGCGGCGGCCCTATAAAAAGCGAAGCGCGCGGCGGGGAGTCGCTGCGTTGCCTTCGCCCCGTGCCCCGCTCCGCGCCGCCTCGCGCCGCCCGCCCCGGCTCTGACTGACCGCGTTACTCCCACAGGTGAGCGGGCGGGACGGCCCTTCTCCTCCGGGCTGTAATTAGCGCTTAAGAGGTAAGGGTTTAAGGGATGGTTGGTTGGTGGGGTATTAATGTTTAATTACCTGTTTTACAGGCCTGAAATCACTTGGTTTTAGGTTGG
small CBA(smCBA) Pol II AATTCGGTACCCTAGTTATTAATAGTAATCAATTACGGGGTCATTAGTTCATAGCCCATATATGGAGTTCCGCGTTACATAACTTACGGTAAATGGCCCGCCTGGCTGACCGCCCAACGACCCCCGCCCATTGACGTCAATAATGACGTATGTTCCCATAGTAACGCCAATAGGGACTTTCCATTGACGTCAATGGGTGGACTATTTACGGTAAACTGCCCACTTGGCAGTACATCAAGTGTATCATATGCCAAGTACGCCCCCTATTGACGTCAATGACGGTAAATGGCCCGCCTGGCATTATGCCCAGTACATGACCTTATGGGACTTTCCTACTTGGCAGTACATCTACGTATTAGTCATCGCTATTACCATGGTCGAGGTGAGCCCCACGTTCTGCTTCACTCTCCCCATCTCCCCCCCCTCCCCACCCCCAATTTTGTATTTATTTATTTTTTAATTATTTTGTGCAGCGATGGGGGCGGGGGGGGGGGGGGGGCGCGCGCCAGGCGGGGCGGGGCGGGGCGAGGGGCGGGGCGGGGCGAGGCGGAGAGGTGCGGCGGCAGCCAATCAGAGCGGCGCGCTCCGAAAGTTTCCTTTTATGGCGAGGCGGCGGCGGCGGCGGCCCTATAAAAAGCGAAGCGCGCGGCGGGCGGGAGTCGCTGCGACGCTGCCTTCGCCCCG
TGCCCCGCTCCGCCGCCGCCTCGCGCCGCCCGCCCCGGCTCTGACTGACCGCGTTACTCCCACAGGTGAGCGGGCGGGACGGCCCTTCTCCTCCGGGCTGTAATTAGCGCTTGGTTTAATGACGGCTTGTTTCTTTTCTGTGGCTGCGTGAAAGCCTTGAGGGGCTCCGGGAGCTAGAGCCTCTGCTAACCATGTTCATGCCTTCTTCTTTTTCCTACAGCTCCTGGGCAACGTGCTGGTTATTGTGCTGTCTCATCATTTTGGCAAAG

表一

名称 5'-3'
Thyroxine binding globulin (TBG) promoter(liverspecific) TGCATGTATAATTTCTACAGAACCTATTAGAAAGGATCACCCAGCCTC TGCTTTTGTACAACTTTCCCTTAAAAAACTGCCAATTCCACTGCTG TTTGGCCCAATAGTGAGAACTTTTTCCTGCTGCCTCTTGGTGC TTTTGCCTATGGCCCCTATTCTGCCTGCTGAAGACACTC TTGCCAGCATGGACTTAAACCCCTCCAGCTCTGACAATCCTCTTTC TCTTTTGTTTTACATGAAGGGTCTGGCAGCCAAAGCAATCAC TCAAAGTTCAAACCTTATCATTTTTTGCTTTGTTCCTCTTGGCC TTGGTTTTGTACATCAGCTTTGAAAATACCATCCCAGGGTTAATGC TGGGGTTAATTTATAACTAAGAGTGCTCTAGTTTTGCAA TACAGGACATGCTATAA
Human Synapsin I (SYN) promoter (neuron-specific) AGTGCAAGTGGGTTTTAGGACCAGGATGAGGCGGGGTGGGGGTGCC TACCTGACGACCGACCCCGACCCACTGGACAAGCACCCAACCCCC ATTCCCCAAATTGCGCATCCCCTATCAGAGAGGGGGAGGGGAAACA GGATGCGGCGAGGCGCGTGCGCACTGCCAGCTTCAGCACCGCG GACAGTGCCTTCGCCCCCGCCTGGCGGCGCGCGCCACCGCCGCC TCAGCACTGAAGGCGCGCTGACGTCACTCGCCGGTCCCCCGCA AACTCCCCTTCCCGGCCACCTTGGTCGCGTCCGCGCCGCCGCCG GCCCAGCCGGACCGCACCACGCGAGGCGCGAGATAGGGGGGCAC GGGCGCGACCATCTGCGCTGCGGCGCCGGCGACTCAGCGCTGCC TCAGTCTGCGGTGGGCAGCGGAGGAGTCGTGTCGTGCC TGAGAGCGCAG
Human Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) promoter (astrocyte-specific) GAGCTCCCACCTCCCTCTCTGTGCTGGGACTCACAGAGGGAGACC TCAGGAGGCAGTCTGTCCATCACATGTCCAAATGCAGAGCATACCC TGGGCTGGGCGCAGTGGCGCACAACTGTAATTCCAGCACTTTGG GAGGCTGATGTGGAAGGATCACTTGAGCCCAGAAGTTCTAGACCA GCCTGGGCAACATGGCAAGACCCTATCTCTACAAAAAAAGTTAAAA AATCAGCCACGTGTGGTGACACACACCTGTAGTCCCAGCTATTCAG GAGGCTGAGGTGAGGGGATCACTTAAGGCTGGGAGGTTGAGGCTG CAGTGAGTCGTGGTTGCGCCACTGCACTCCAGCCTGGGCAACAG TGAGACCCTGTCTCAAAAGACAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAG AACATATCCTGGTGTGGAGTAGGGGACGCTGCTCTGACAGAGGC TCGGGGGCCTGAGCTGGCTCTGTGAGCTGGGGAGGAGGCAGACA GCCAGGCCTTGTCTGCAAGCAGACCTGGCAGCATTGGGCTGGCC GCCCCCCAGGGCCTCCTCTTCATGCCCAGTGAATGACTCACCTTG GCACAGACACAATGTTCGGGGTGGGCACAGTGCCTGCTTCCCGCC GCACCCCAGCCCCCCTCAAATGCCTTCCGAGAAGCCCATTGAGCA GGGGGCTTGCATTGCACCCCAGCCTGACAGCCTGGCATCTTGGGA TAAAAGCAGCACAGCCCCCTAGGGGCTGCCCTTGCTGTGTGGCGC CACCGGCGGTGGAGAACAAGGCTCTATTCAGCCTGTGCCCAGG AAAGGGGATCAGGGGATGCCCAGGCATGGACAGTGGGTGGCAG GGGGGGAGAGGAGGGCTGTCTGCTTCCCAGAAGTCCAAGGACA CAAATGGGTGAGGGGACTGGGCAGGGTTCTGACCCTGTGGGACCA GAGTGGAGGGCGTAGATGGACCTGAAGTCTCCAGGGACAACA GGGCCCAGGTCTCAGGCTCCTAGTTGGGCCCAGTGGCTCCAGCGTTTCCAAACCCATCCATCCCCAGAGGTTCTTCCCATCTCTCCAGGCTGATGTGTGGGAACTCGAGGAAATAAATCTCCAGTGGGAGACGG AGGGGTGGCCAGGGAAACGGGGCGCTGCAGGAATAAAGACGAGC CAGCACAGCCAGCTCATGTGTAACGGCTTTGTGGAGCTG TCAAGGCCTGGTCTCTGGGAGAGAGGCACAGGGAGGCCAGACAAG GAAGGGGTGACCTGGAGGGACAGATCCAGGGGCTAAAGTCCTGA TAAGGCAAGAGAGTGCCGGCCCCCTCTTGCCCTATCAGGACC TCCACTGCCACATAGAGGCCATGATTGACCCTTAGACAAAGGGC TGGTGTCCAATCCCAGCCCCCAGCCCCAGAACTCCAGGGAATGAA TGGGCAGAGAGCAGGAATGTGGGACATCTGTGTTCAAGGGAAGGA CTCCAGGAGTCTGCTGGGAATGAGGCCTAGTAGGAAATGAGG TGGCCCTTGAGGGTACAGAACAGGTTCATTCTTCGCCAAA TTCCCAGCACCTTGCAGGCACTTACAGCTGAGTGAGATAATGCC TGGGTTATGAAATCAAAAAGTTGGAAAGCAGGTCAGAGGTCATC TGGTACAGCCCTTCCTTCCCTTTTTTTTTTTTTTTTTTTGTGAGAC AAGGTCTCTCTCTGTTGCCCAGGCTGGAGTGGCGCAAACACAGC TCACTGCAGCCTCAACCTACTGGGCTCAAGCAATCCTCCAGCC TCAGCCTCCCAAAGTGCTGGGATTACAAGCATGAGCCACCCCAC TCAGCCCTTTCCTTCCTTTTTAATTGATGCATAATAATTGTAAGTA TTCATCATGGTCCAACCAACCCTTTCTTGACCCACCTTCCTAGAG AGAGGGTCCTCTTGCTTCAGCGGTCAGGGCCCCAGACCCATGGTC TGGCTCCAGGTACCACCTGCCTCATGCAGGAGTTGGCGTGCCCAG GAAGCTCTGCCTCTGGGCACAGTGACCTCAGTGGGGTGAGGGGA GCTCTCCCCATAGCTGGGCTGCGGCCCAACCCCACCCCCTCAGGC TATGCCAGGGGGTGTTGCCAGGGGCACCCGGGCATCGCCAGTC TAGCCCACTCCTTCATAAAGCCCTCGCATCCCAGGAGCGAGC
Mouse Myelin Basic Protein (MBP) promoter (oligodendrocytespecific) AAGCTTTGAGAGAAAAGGGACCAGATCTTATTCCTCACCGTGGC TTTAACACTTAGAGAAAATGCATCCCCTCTAATCAATAAGTCA TCGACAGTGGGTAGATGGAGGAACGGCAGTGCGTAGTAGGATGCG TGCTAAGCATAGTCTCGTGCATGGGTGCATAGATCGCTGGGCAGG TGGACAAGGTGGGGGTGGATAAAGAAGTGGGTAGATGATTGATG TTAGGTAAATATCACTGGGTGGACAGATGGGTGGTAGGTGGATGGA TGGTTAGAATAGTCAGAAGAGGGATGGATTGATAAGGTGAACAGA TGATAAATGGGTGATAGACTGGAAGGGTTGTCAAAAGAGGA TAAGGGAAGTGTGAGCTAGCCGTATTTCTAAGGTCAGTAATAGAG TTGGGAGAAGAGGTTAAGTTAC ATCCATTTAAACCTCACACGAAGCTGAGTGGGAATGGACTTGC TGCCGTTGGTGAGGAAAGCGTTGCATTTCCCGTGTGCTTGGTTG TGGAAGTGCTCAGGTCCCACATGAAGCAGTCAGGTTACTGCGGC TTACAGAGGAGCCAGATCCAAATGCCCCGAGTAAGCACG TCCCCGAGCCAGAGGCCTCCAGCGGAATCCGGGAGAGGGATTGC TCAGTGCCCTGCTTCCCTGGACTGTAAGCTGCAGAAAGATG TGGGAAGTCCTGTTCTCCACTGAGAACACTAAAAGCACCTTTTG TCAAACGACCGCTTCACATCTGGGGCTTGTGCACTGGTGGCC TTTTAAACCAGAGACAACCCACAAGATACCTAACCTGCGGGGCTC TCTGGTACAGTGAGCAACTCAGGAAATGCTTTGGCTTGATTGCTG TGGGCTCTCAGGCCATCGCCCTCTGGAGTGGTTCTTTTAATGAGAACCTGAAGATTGGCCCCTGAGCCATGTATACCAAGCAAGCTCAATCCAGGTTAGCTCCCTCTGGTTGGGGCAAGCTAACGTGCTC CTTGGGCCCCGCGCGTAACTGTGCGTTTTATAGGAGACAGCTAG TTCAAGACCCCAGGAAGAAAGCGGCTTTGTCCCCCTCTAGGCC TCGTACAGGCCCACATTCATATCTCATTGTTGTTGCAGGGGAGG CAGATGCGATCCAGAACAATGGGACCTCGGCTGAGGACACGGCGG TGACAGACTCCAAGCACACAGCAGACCCAAAGAATAACTGGCAA GGCGCCCACCCAGCTGACCCAGGGAACCGCCCCCACTTGA TCCGCCTCTTTTCCCGAGATGCCCCGGGAAGGGAGGACAACACC TTCAAAGACAGGCCCTCAGAGTCCGACGAGCTTCAGACCA TCCAAGAAGACCCCACAGCAGCTTCCGGAGGCCTGGATGTG
Human Rhodopsin kinase (GRK1) promoter (photoreceptorspecific GGGCCCCAGAAGCCTGGTGGTTGTTTGTCCTTCTCAGGGGAAAAG TGAGGCGGCCCCTTGGAGGAAGGGGCCGGGCAGAATGATCTAA TCGGATTCCAAGCAGCTCAGGGGATTGTCTTTTTCTAGCACCTTC TTGCCACTCCTAAGCGTCCTCCGTGACCCCGGCTGGGATTTAGCC TGGTGCTGTGTCAGCCCCGGGCTCCCAGGGGCTTCCCAGTGG TCCCCAGGGAACCCTCGACAGGGCCAGGGCGTCTCTCTCG TCCAGCAAGGGCAGGGACGGGCCACAGGCAAGGGC

表二

miRNA 骨架选择

miRNA 的骨架会影响其在细胞内的加工过程,从而影响它的实际作用。这里作者推荐 miR-155 的骨架,说是它在细胞内是比较有效的,对这一点感兴趣的看原文(请看文末)

miRNA 在 AAV 载体中的位置

  • 最好避免将人工 miRNA 放置在离 ITR 很近的地方,因为这可能会干扰载体的产生
  • In the context of a pol II promoter, previous work indicates that placing the miRNA either in the intron or in the 3'UTR is comparable

筛选 miRNA 需要考虑的地方

  • 被敲减转录本容易被检测
  • 目的细胞容易被感染

miRNA 设计

  1. 去 NCBI 找到目的基因的 mRNA 序列,怎么找可以参考我另一篇关于 CRSIPR-Cas9 的敲除步骤。
  2. http://rna.tbi.univie.ac.at/cgi-bin/RNAWebSuite/RNAfold.cgi,在这个网站预测一下 RNA 结构,选择可接近位置的序列进行设计。
  3. 建议直接选择 10 条进行筛选,长度 22nt,位置 1 是 U,位置 2 是 A 或者 U,GC 含量约为 30- 60%,pol III 的启动子最好不要有连续 4 个 U。
  4. https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi,用这个网址看看你设计的序列有没有脱靶。
  5. 整体序列结构是:5 端骨架结构 +miRNA 的 guide strand+loop+miRNA passenger strand+3 端骨架结构
  6. 序列两端加上限制性酶切位点便与克隆。

文献看到这,反正我觉得我还不能设计 miRNA,所以这里就需要其他网站资料的帮助,比如可以看看专利什么的,https://patents.google.com/patent/CN107384957A/zh,

载体克隆

  1. 合成正反义链
  2. 通过在 8 μL 退火缓冲液中混合每种 1 μL 100 μM 的寡核苷酸(正向和反向)来退火寡核苷酸。加热至 95 ℃ 保持 5 分钟,然后缓慢冷却。
  3. 合适的酶合适的条件酶切质粒。
  4. 跑胶验证酶切效果,并切下合适大小的条带进行凝胶回收。
  5. 酶连,他使用寡核苷酸:质粒摩尔比为 3:1。
  6. 剩下的转化提质粒什么的。好像也没啥好记录的。想看的看原文

miRNA 体外筛选

直接给目的细胞转染的质粒,看看哪个有效,做的 qpcr 验证效果,怎么做的可以看看原文。

原文:Design of AAV Vectors for Delivery of RNAi,微信公众号后台回复 6,可获得文献包。

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