2021年9月20日，貝克曼研究所基因治療中心的研究團隊在Nature子刊Nature Communications上發表了題為“Exosome-mediated stable epigenetic repression of HIV-1”的研究論文。
 

該研究開發出了一種靶向HIV-1啟動子的鋅指蛋白(ZFP-362)，該蛋白與DNA甲基轉移酶3A的活性結構域融合，以誘導長期穩定的HIV-1表觀遺傳抑制。通過外泌體遞送這種抑制性蛋白的mRNA，能夠在體內抑制小鼠骨髓、脾臟和大腦中的HIV水平，并阻止其復制。這項研究為外泌體介導的治療性藥物系統遞送平臺以表觀遺傳方式抑制HIV-1感染鋪平了道路。

為了實現對HIV-1的穩定轉錄抑制，研究團隊開發了一種表達重組融合蛋白ZFP 362b-DNMT3A(ZD3A)的載體，它可以借助嵌入的核定位信號(NLS)定位到細胞核。該ZFP能夠與HIV-1的LTR啟動子內的NF-kB雙聯結合位點結合，并與DNA甲基轉移酶3結構域(3A)融合以生成(ZD3A)。長期感染HIV-1的Jurkat細胞(CHI-Ju)在轉染了ZD3A后HIV-1轉錄物表達顯著降低，并且一直被穩定抑制。
 

接下來，研究團隊構建了幾個具有各種阻遏結構域的ZFP362融合構建體，包括與PWWP、ADD和甲基轉移酶的活性域融合成為的ZPAMt，以及與KRAB和甲基轉移酶結構域融合的ZKMt。ZPAMt和ZKMt有效地抑制了病毒表達。

圖1 ZFP 362b-DNMT3A有效抑制 HIV-1 表達

為了確定觀察到的沉默所涉及的作用機制，研究團隊用ZPAMt和ZKMt轉染細胞并行免疫沉淀，證實了ZFP-362與HIV-1啟動子的結合。在轉染的CHI-Ju細胞中，研究團隊觀察到Gag RNA的有效抑制，并通過甲基DNA免疫沉淀測定法檢測到相對于對照HIV-1 LTR區域CpG甲基化的靶向富集。這些數據證實觀察到的抑制是ZPAMt和ZKMt將DNA甲基化定向到HIV-1 LTR的結果。

圖2 ZPAMt和ZKMt占據并甲基化HIV-1 LTR啟動子并以難以激活的長期方式抑制病毒表達

最后，為了確定ZPAMt的抗病毒功效，研究團隊將HIV-1感染的外周血單個核細胞(PBMC)植入到人源化免疫缺陷小鼠，然后對其進行兩周的cART治療以及ZPAMt注射。結果顯示，ZPAMt 顯著穩定抑制了HIV-1表達，機制在于5'LTR的顯著甲基化。最重要的是，ZPAMt沒有產生任何長期毒性。

圖3 外泌體包裝的 ZPAMt 在體內抑制病毒表達

綜上所述，這項工作證明了通過外泌體遞送重組ZPAMt可以靶向HIV-1，使之表觀遺傳沉默，并在病毒感染的細胞中誘導抑制表型。該遞送系統為未來開發抑制HIV的療法鋪平了道路。

參考文獻

[1] Shrivastava S, Ray RM, Holguin L, Echavarria L, Grepo N, Scott TA, Burnett J, Morris KV. Exosome-mediated stable epigenetic repression of HIV-1. Nat Commun. 2021 Sep 20;12(1):5541.