The HIV-1 virus has proved to be te

The HIV-1 virus has proved to be tenacious, inserting its genome permanently into its victims' DNA, forcing patients to take a lifelong drug regimen to control the virus and prevent a fresh attack. Now, a team of Temple University School of Medicine researchers has designed a way to snip out the integrated HIV-1 genes for good.



"This is one important step on the path toward a permanent cure for AIDS," said Kamel Khalili, PhD, Professor and Chair of the Department of Neuroscience at Temple. Dr. Khalili and his colleague, Wenhui Hu, MD, PhD, Associate Professor of Neuroscience at Temple, led the work which marks the first successful attempt to eliminate latent HIV-1 virus from human cells. "It's an exciting discovery, but it's not yet ready to go into the clinic. It's a proof of concept that we're moving in the right direction," added Dr. Khalili, who is also Director of the Center for Neurovirology and Director of the Comprehensive NeuroAIDS Center at Temple.



In a study published July 21 by the Proceedings of the National Academy of Sciences, Dr. Khalili and colleagues detail how they created molecular tools to delete the HIV-1 proviral DNA. When deployed, a combination of a DNA-snipping enzyme called a nuclease and a targeting strand of RNA called a guide RNA (gRNA) hunt down the viral genome and excise the HIV-1 DNA. From there, the cell's gene repair machinery takes over, soldering the loose ends of the genome back together – resulting in virus-free cells.



"Since HIV-1 is never cleared by the immune system, removal of the virus is required in order to cure the disease," said Dr. Khalili, whose research focuses on the neuropathogenesis of viral infections. The same technique could theoretically be used against a variety of viruses, he said.



The research shows that these molecular tools also hold promise as a therapeutic vaccine; cells armed with the nuclease-RNA combination proved impervious to HIV infection.



Worldwide, more than 33 million people have HIV, including more than 1 million in the United States. Every year, another 50,000 Americans contract the virus, according to the U.S. Centers for Disease Control and Prevention.



Although highly active antiretroviral therapy (HAART) has controlled HIV-1 for infected people in the developed world over the last 15 years, the virus can rage again with any interruption in treatment. Even when HIV-1 replication is well controlled with HAART, the lingering HIV-1 presence has health consequences. "The low level replication of HIV-1 makes patients more likely to suffer from diseases usually associated with aging," Dr. Khalili said. These include cardiomyopathy – a weakening of the heart muscle – bone disease, kidney disease, and neurocognitive disorders. "These problems are often exacerbated by the toxic drugs that must be taken to control the virus," Dr. Khalili added.



Researchers based the two-part HIV-1 editor on a system that evolved as a bacterial defense mechanism to protect against infection, Dr. Khalili said. Dr. Khalili's lab engineered a 20-nucleotide strand of gRNA to target the HIV-1 DNA and paired it with Cas9. The gRNA targets the control region of the gene called the long terminal repeat (LTR). LTRs are present on both ends of the HIV-1 genome. By targeting both LTRs, the Cas9 nuclease can snip out the 9,709-nucleotides that comprise the HIV-1 genome. To avoid any risk of the gRNA accidentally binding with any part of the patient's genome, the researchers selected nucleotide sequences that do not appear in any coding sequences of human DNA, thereby avoiding off-target effects and subsequent cellular DNA damage.



The editing process was successful in several cell types that can harbor HIV-1, including microglia and macrophages, as well as in T-lymphocytes. "T-cells and monocytic cells are the main cell types infected by HIV-1, so they are the most important targets for this technology," Dr. Khalili said.



The HIV-1 eradication approach faces several significant challenges before the technique is ready for patients, Dr. Khalili said. The researchers must devise a method to deliver the therapeutic agent to every single infected cell. Finally, because HIV-1 is prone to mutations, treatment may need to be individualized for each patient's unique viral sequences.



"We are working on a number of strategies so we can take the construct into preclinical studies," Dr. Khalili said. "We want to eradicate every single copy of HIV-1 from the patient. That will cure AIDS. I think this technology is the way we can do it."



In addition to Dr. Khalili and Hu, the other authors of the PNAS paper are Rafal Kaminski, Fan Yang, Yonggang Zhang, of Temple's Department of Neuroscience; Biao Luo of the Cancer Genome Institute, Fox Chase Cancer Center, Temple University School of Medicine; Jonathan Karn, David Alvarez-Carbonell, Yoelvis Garcia, of the Department of Molecular Biology and Microbiology, Case Western Reserve University, Cleveland; and Xianming Mo of the Laboratory of Stem Cell Biology in the West China Medical School, Sichuan University, Chengdu, China.

The research was funded by grants from the National Institutes of Health (R01MH093271; R01NS087971; and P30MH092177).

Kết quả (Việt) 1:

Virus HIV-1 đã chứng tỏ là ngoan cường, chèn bộ gen của nó vĩnh viễn vào nạn nhân DNA, buộc các bệnh nhân để có một chế độ thuốc lâu dài để kiểm soát virus và ngăn chặn một cuộc tấn công tươi. Bây giờ, một nhóm các nhà nghiên cứu Temple University School of Medicine đã thiết kế một cách để snip trong gen HIV-1 tích hợp cho tốt. "Đây là một bước quan trọng trên con đường hướng tới một chữa bệnh lâu dài cho AIDS," ông Kamel Khalili, tiến sĩ, giáo sư và ghế của sở khoa học thần kinh tại đền. Tiến sĩ Khalili và đồng nghiệp của ông, Wenhui Hu, MD, tiến sĩ, phó giáo sư khoa học thần kinh Temple, lãnh đạo các công việc mà đánh dấu việc thử thành công đầu tiên để loại bỏ vi rút HIV-1 tiềm ẩn từ tế bào của con người. "Đó là một khám phá thú vị, nhưng đó là chưa sẵn sàng để đi vào phòng khám. Nó là một bằng chứng của khái niệm mà chúng tôi đang di chuyển theo hướng đúng,"nói thêm tiến sĩ Khalili, những người cũng là giám đốc của Trung tâm Neurovirology và giám đốc của Trung tâm NeuroAIDS toàn diện tại đền. Trong một nghiên cứu được công bố ngày 21 tháng 7 bởi các thủ tục tố tụng của các chi tiết Viện Hàn lâm khoa học quốc gia, tiến sĩ Khalili và đồng nghiệp làm thế nào họ tạo ra các công cụ phân tử để xoá HIV-1 proviral DNA. Khi triển khai, một sự kết hợp của một loại enzyme DNA snipping được gọi là một nuclease và một sợi nhắm mục tiêu của RNA được gọi là một hướng dẫn RNA (gRNA) săn bộ gen virus và thuế DNA HIV-1. Từ đó, các tế bào gen sửa chữa máy móc phải mất hơn, Hàn rỗi trong trở lại bộ gen với nhau-kết quả là tế bào virus miễn phí. "Kể từ khi phòng chống HIV-1 không bao giờ được xóa bỏ bởi hệ thống miễn dịch, loại bỏ virus là cần thiết để chữa bệnh,", ông tiến sĩ Khalili, nghiên cứu tập trung vào neuropathogenesis nhiễm virus. Cùng một kỹ thuật lý thuyết có thể được sử dụng chống lại một loạt các loại vi-rút, ông nói. Các nghiên cứu cho thấy rằng các công cụ phân tử cũng giữ lời hứa là một vắc xin điều trị; tế bào được trang bị với sự kết hợp nuclease-RNA đã chứng minh không thấm nước nhiễm HIV. Trên toàn thế giới, hơn 33 triệu người có HIV, gồm hơn 1 triệu người tại Hoa Kỳ. Mỗi năm, một người Mỹ 50.000 hợp đồng virus, theo Trung tâm kiểm soát dịch bệnh Hoa Kỳ. Mặc dù điều trị kháng vi rút rất tích (HAART) đã kiểm soát HIV-1 cho người bị nhiễm ở các nước phát triển trong 15 năm qua, các vi-rút có thể rage một lần nữa với bất kỳ sự gián đoạn trong điều trị. Ngay cả khi HIV-1 bản sao cũng quản lý với HAART, sự hiện diện HIV-1 nán lại có những hậu quả sức khỏe. "Các bản sao cấp thấp của HIV-1 làm cho bệnh nhân nhiều khả năng bị bệnh thường liên quan đến lão hóa," tiến sĩ Khalili nói. Chúng bao gồm cardiomyopathy-một sự suy yếu của cơ tim-xương bệnh, bệnh thận và neurocognitive rối loạn. "Những vấn đề thường trầm trọng hơn do các loại thuốc độc hại phải được thực hiện để kiểm soát virus," tiến sĩ Khalili thêm. Các nhà nghiên cứu dựa trên trình soạn thảo HIV-1 hai phần trên một hệ thống phát triển như là một cơ chế bảo vệ vi khuẩn để bảo vệ chống lại nhiễm trùng, tiến sĩ Khalili nói. Phòng thí nghiệm của tiến sĩ Khalili thiết kế một 20-nucleotide sợi gRNA để nhắm mục tiêu các DNA HIV-1 và kết hợp nó với Cas9. GRNA mục tiêu vùng kiểm soát của gen được gọi là lặp lại dài thiết bị đầu cuối (LTR). LTRs có mặt trên cả hai đầu của HIV-1 gen. Bởi nhắm mục tiêu cả hai LTRs, Cas9 nuclease có thể snip ra 9,709-nucleotide bao gồm bộ gen HIV-1. Để tránh bất kỳ nguy cơ của gRNA vô tình ràng buộc với bất kỳ phần nào của bộ gen của bệnh nhân, các nhà nghiên cứu lựa chọn trình tự nucleotide không xuất hiện trong bất kỳ chuỗi mã hóa của DNA của con người, do đó tránh hiệu ứng ném chệch mục tiêu và thiệt hại DNA di động tiếp theo. Trình chỉnh sửa đã thành công trong một số loại tế bào có thể cảng HIV-1, bao gồm cả microglia và đại thực bào, cũng như trong T-tế bào lympho. "Tế bào T và các tế bào monocytic là loại chính tế bào nhiễm HIV-1, do đó, họ là những mục tiêu quan trọng nhất cho công nghệ này," tiến sĩ Khalili nói. Phương pháp tiếp cận của xoá HIV-1 phải đối mặt với nhiều thách thức đáng kể trước khi các kỹ thuật đã sẵn sàng cho bệnh nhân, tiến sĩ Khalili nói. Các nhà nghiên cứu phải đưa ra một phương pháp để cung cấp các đại lý trị liệu cho mỗi tế bào bị nhiễm bệnh duy nhất. Cuối cùng, bởi vì HIV-1 là dễ bị đột biến, điều trị có thể cần phải được cá nhân cho mỗi bệnh nhân độc đáo virus chuỗi. "Chúng tôi đang làm việc trên một số chiến lược do đó, chúng ta có thể xây dựng vào các nghiên cứu preclinical," tiến sĩ Khalili nói. "Chúng tôi muốn xóa bỏ bản sao đơn của HIV-1 từ bệnh nhân. Mà sẽ chữa bệnh AIDS. Tôi nghĩ rằng công nghệ này là cách chúng tôi có thể làm điều đó." Ngoài ra để tiến sĩ Khalili và hồ, các tác giả khác của giấy PNAS là Rafal Kaminski, fan hâm mộ Yang, Yonggang Zhang, chủ tế của đền của sở khoa học thần kinh; Bưu Luo ung thư bộ gen viện, Trung tâm ung thư Fox Chase, ngôi đền đại học y khoa; Jonathan Karn, David Alvarez-Mijas, Yoelvis Garcia, của khoa sinh học phân tử và vi sinh vật học, Case Western Reserve University, Cleveland; và Xianming Mo của phòng thí nghiệm sinh học tế bào gốc tại Tây Trung Quốc y học, đại học Tứ Xuyên, thành đô, Trung Quốc.Các nghiên cứu được tài trợ bởi tài trợ từ các viện y tế quốc gia (R01MH093271; R01NS087971; và P30MH092177).