自己相補性アデノ随伴ウイルス

自己相補性アデノ随伴ウイルス（scAAV）は、遺伝子治療のツールとして使用するために、天然のアデノ随伴ウイルス（AAV）から設計されたウイルスベクターです。^[1]組み換えAAV（rAAV）の使用は、さまざまな疾患に対処する臨床試験で成功しています。 ^[2]このrAAVの研究室で作成された子孫は、コーディング領域が分子内二本鎖DNAテンプレートを形成するように設計されているため、「自己相補的」と呼ばれています。標準的なAAVゲノムの律速段階には、2本鎖合成が含まれます。これは、典型的なAAVゲノムが1本鎖DNAテンプレートであるためです。^{[3] [4]}しかし、scAAVゲノムの場合はそうではありません。感染すると、2本鎖の細胞媒介合成を待つのではなく、scAAVの2つの相補的な半分が結合して、すぐに複製および転写できる1つの二本鎖DNA（dsDNA）ユニットを形成します。このコンストラクトの注意点は、rAAVに見られる完全なコーディング容量（4.7～ 6kb）^[5]ではなく、 scAAVはその半分の量（≈2.4kb）しか保持できないことです。^[6]

rAAV を利用した遺伝子治療アプリケーションでは、ウイルスは2 つの逆末端反復(ITR)に挟まれた一本鎖 DNA (ssDNA) を細胞に導入します。これらの ITR は配列の末端でヘアピンを形成し、感染の次のステップが始まる前に 2 番目の鎖の合成を開始するためのプライマーとして機能します。2 番目の鎖の合成は、効率的な感染を妨げるいくつかの障害の 1 つであると考えられています。^{[7] scAAV のその他の利点には、} in vitroおよびin vivo でのトランスジーン発現の増加と長期化、および「in vivo での DNA 安定性の向上とより効果的な環状化」が含まれます。^[8]

scAAV は、多くの理由から遺伝子治療に使用するのに魅力的なベクターです。その親ベクターである AAV はすでに臨床試験で使用されています。^{[9] scAAV にはさまざまな}血清型があるため、科学者は治療に望ましい特性を持つ血清型を選択できます。細胞のサブセットのみを選択することで特異性が向上し、免疫系によって阻害されるリスクが低下します。さまざまな scAAV 血清型と AAV 血清型は、さまざまな細胞標的を効率的にトランスフェクトでき​​ます。^{[10] [11]ベクターベースの遺伝子治療アプローチのすべてと同様に、前臨床試験からヒトの}臨床応用に治療法を移行する際の障害の 1 つは、高濃度ウイルスを大量に生産することです。^[12] scAAV が直面する 1 つの欠点は、遺伝子発現が堅牢なため、scAAV を介して送達されたトランスジーン製品は、一本鎖 AAV ベクターを介して送達された同じトランスジーンよりも強い免疫応答を引き起こすことです。^[13]

AAVと同様に、scAAVはパルボウイルス科（一般にパルボウイルスとして知られる）に属します。これらのウイルスはエンベロープを持たない一本鎖DNA（ssDNA）ウイルスです。パルボウイルス科の中で、scAAVはさらにディペンドウイルス属に属し、自力で複製できないという特徴があります。自然界では、これらのウイルスは複製機構を提供するために別のウイルスに依存しています。アデノ随伴ウイルスは、アデノウイルスまたは一部のヘルペスウイルスの活性感染中にのみ複製できます。研究室での使用では、この障害はヘルパープラスミドを追加することで克服されます。ヘルパープラスミドは、 AAV自体にはない複製遺伝子を外因的に発現します。^[14]

ディペンドウイルスであるscAAVは、細胞が特定の許容条件を経験するまで細胞内で潜伏状態のままである。これには、ヘルパーウイルス感染（アデノウイルスなど）の存在や、紫外線や発がん物質への曝露などの他の毒性イベントが含まれる可能性がある。^[14]内因性のrep ORFがトランスジーンに置き換えられているため、外因的に提供されたrep遺伝子は、ゲノム複製に必要なタンパク質やその他のウイルスライフサイクルコンポーネントをコードします。ウイルスゲノムの5'と3'に位置するITRは、複製起点として機能します。^[15]

rep ORF と同様に、scAAV の cap ORF はトランスジーンに置き換えられているため、実験室環境では外因的に提供されます。この ORF にコードされている遺伝子はカプシドタンパク質を構築し、（細胞内処理とともに）標的特異性を伝達する役割を果たします。rep タンパク質は、ゲノムをあらかじめ形成されたカプシドに統合する役割を果たします。^[15] scAAV は感染時に dsDNA を形成するように設計されていますが、2 つの相補鎖は二本鎖の方法でパッケージ化されていません。パルボウイルスは、ssDNA 塩基がウイルスカプシド内部のアミノ酸と接触するようにウイルスゲノムをパッケージ化します。したがって、scAAV の配列は、ウイルスタンパク質カプシドにパッケージ化される前に、ウイルスにコードされている DNA ヘリカーゼによってほどかれる可能性があります。^[7]