과학 연구에 있어서 AAV 및 렌티바이러스 바이러스의 응용

AAV(아데노연관바이러스)의 연구에서의 응용

AAV의 핵심 장점은 비분열 세포에 대해 효율적이고 장기적인 유전자 전달이 가능하며, 매우 낮은 병원성 및 면역원성을 가진다는 점입니다.

1.유전자 과발현

원리: 목적 유전자(cDNA)를 AAV 벡터에 클로닝하여 바이러스를 포장하고, 이를 표적 세포에 감염시켜 해당 유전자가 세포 내에서 지속적이고 고수준으로 발현되게 합니다.

응용 분야:

• 기능 획득 연구: 체외 세포 또는 생체 내 동물에서 특정 단백질을 과발현시켜 그 기능을 연구합니다.

• 보고 유전자 마커: 형광 단백질(예: GFP, RFP) 또는 효소(예: Luciferase)를 발현시켜 특정 세포 집단 추적, 신경 세포 형태 관찰, 또는 생체 영상 기술을 통해 종양 성장 및 전이를 모니터링합니다.

• 유전자 치료 모델 검증: 임상 전 연구에서 유전자 과발현을 통해 질병을 치료하는 가능성을 검증합니다.

2.유전자 침묵/knockdown

원리: shRNA(짧은 헤어핀 RNA)를 발현시켜 세포 내에서 siRNA로 처리되며, 이를 통해 표적 mRNA를 분해하거나 번역을 억제합니다.

응용 분야:

• 기능 상실 연구: 내인성 유전자의 발현을 특이적으로 낮추고, 이로 인한 표현형 변화를 관찰합니다.

• 생체 내 연구: 특히 신경계 연구에서 AAV는 생체 내 유전자 침묵의 황금 표준 도구로 사용됩니다.

3.신경과학 연구

AAV는 신경과학 분야에서 가장 중요한 역할을 합니다.

• 신경 회로 추적: 다양한 AAV 혈청형(예: AAV2, AAV5, AAV9, AAV-retro, AAV-PHP.eB 등)을 이용해 바이러스를 특정 뇌 영역에 주입하여 신경 세포를 표지하고, 순방향 또는 역방향 추적을 수행합니다.

• 광유전학/화학유전학: AAV를 통해 특정 신경 세포 집단에서 빛에 민감한 채널(예: ChR2, NpHR) 또는 약물 조절 수용체(DREADDs)를 발현시켜, 특정 신경 세포의 활동을 정밀하게 제어합니다.

• 행동학 연구의 유전자 조작: 자유롭게 활동하는 동물에서 특정 유전자의 발현을 조절하여 학습, 기억, 감정, 사회적 행동 등의 연구에 사용합니다.

4.유전자 편집 전달 도구

원리: CRISPR-Cas9 시스템은 크기가 커서 보통 saCas9과 gRNA를 AAV에 함께 포장하거나, Cas9과 gRNA를 각각 두 개의 AAV 바이러스에 포장하여 전달합니다.

응용 분야: 생체 내 유전자 편집에 사용되며, 유전 질환 모델(예: 두시 근이영양증, 헌팅턴병 등) 치료에 적용됩니다.

렌티바이러스(Lentivirus)의 연구에서의 응용

렌티바이러스의 핵심 장점은 외래 유전자가 숙주 유전체에 통합되어 지속적인 발현을 가능하게 하며, 분열 및 비분열 세포 모두를 감염시킬 수 있다는 점입니다.

1.안정적인 세포주 구축

이는 렌티바이러스의 가장 고전적이고 널리 사용되는 응용입니다.

원리: 렌티바이러스를 세포에 감염시킨 후, 약물 저항성(예: 퓨로마이신, 블라스티시딘)을 이용하여 성공적으로 통합되지 않은 세포를 죽이고, 최종적으로 모든 세포가 목적 유전자를 안정적으로 발현하는 세포주를 얻습니다.

응용 분야:

• 장기 기능 연구: 특정 유전자의 과발현 또는 shRNA에 의한 유전자 침묵을 통해 안정적인 세포주를 구축하고, 이를 장기적인 신호 전달 경로 연구, 약물 스크리닝, 세포 증식/사멸 연구 등에 사용합니다.

• 보고 유전자 세포주: 안정적인 형광 보고 또는 발광 효소 보고 세포주를 구축하여 특정 신호 전달 경로의 활성을 지속적으로 모니터링합니다.

2.유전자 침묵

원리: shRNA를 발현시켜, 렌티바이러스의 통합 특성을 이용해 장기적인 유전자 침묵을 구현합니다.

응용 분야: 특정 유전자를 장기적으로 억제하는 실험에서 렌티바이러스-shRNA가 선호됩니다. 예를 들어, 유전자 침묵 세포주를 구축하여 종양 생물학 연구에 사용합니다.

3.체외 난이도 높은 세포의 유전자 조작

원리: 렌티바이러스는 다양한 세포 유형(예: 원시 세포, 줄기 세포, 신경 세포, 면역 세포)에서 매우 높은 감염 효율을 보입니다.

응용 분야:

• 줄기 세포 연구: 유도 다능성 줄기 세포(iPSC) 또는 배아 줄기 세포(ESC)에서 유전자를 과발현하거나 침묵시켜 줄기 세포 분화 및 자가 갱신 연구에 사용합니다.

• 원시 세포 연구: 리포좀을 이용한 전염이 어려운 원시 세포(예: 간 세포, 심근 세포, 신경 세포)에서 유전자 조작을 진행합니다.

4.체내 연구 (특정 상황)

렌티바이러스는 체내 연구에 사용될 수 있지만, 보통 AAV보다는 널리 사용되지 않습니다. 면역원성이 더 높고, 통합에 의한 돌연변이 위험이 있기 때문입니다.

응용 분야:

• 영구적인 유전자 수정이 필요하며, AAV에 민감하지 않은 표적 조직에서 사용됩니다. 예를 들어, 일부 종양 모델이나 혈액 계통에서 사용될 수 있습니다.

5.CRISPR/Cas9 유전자 편집 라이브러리 스크리닝

원리: 전 세계 수천 개의 유전자를 표적으로 하는 sgRNA 라이브러리를 렌티바이러스로 포장하여 세포에 감염시키고, 저복제수(MOI)를 통해 각 세포가 하나의 sgRNA만 통합되도록 합니다. 그런 다음 선택 압력(약물 처리)을 통해 특정 표현형을 가진 세포를 선별하고, 시퀀싱을 통해 풍부해지거나 소모된 sgRNA를 분석하여 표현형과 관련된 유전자를 찾습니다.

응용 분야: 전 세계 수준에서의 기능성 유전자 스크리닝으로, 새로운 약물 표적, 내성 유전자, 핵심 신호 경로 요소를 찾는 강력한 도구입니다.