单拷贝 HIV 整合态前病毒 DNA 原位标记与成像

艾滋病毒基因组 RNA 逆转录为 DNA，整合在宿主染色体内形成前病毒（HIV provirus），是根除艾滋病毒的障碍。在活细胞内对单拷贝或低拷贝的整合态 HIV 基因标记与成像，对前病毒的识别和切除具有重要意义，但一直是个难题。近，中国科学院武汉病毒研究所研究员崔宗强与中国科学院生物物理研究所研究员张先恩合作，利用量子点标记转录激活子样效应因子（TALEs）探针，在活细胞内单拷贝基因荧光标记与成像方面取得突破，实现了单拷贝整合态 HIV 前病毒 DNA 原位标记、动态成像和 3D 定位分析。研究成果于 5 月 8 日在《自然 - 通讯》（Nature Communications）在线发表，马英新和王明秀为论文的共同作者。

研究人员首先设计筛选了特异性识别 HIV- 1 前病毒基因的 TALE 识别元件。基于反式环辛烯（TCO2）与四嗪（Tz1）的生物正交反应，以及链霉亲和素（SA）与生物素（Biotin）的特异性结合反应，建立活细胞内针对 TALEs 的量子点标记技术。通过“时 - 空耦合”设计，利用不同类型的生物正交反应，获得不同颜色量子点标记的 TALE 探针。量子点 -TALE 探针特异性标记整合在染色体上的 HIV 前病毒 DNA，实现了活细胞内单拷贝整合态前病毒 DNA 原位标记与成像。在整合 HIV 前病毒 DNA 的潜伏感染细胞中，可以对 HIV 前病毒进行实时动态示踪和 3D 定位分析，并测定单细胞内整合态前病毒的数目。

该研究实现了活细胞内单拷贝整合态 HIV 基因的荧光标记与成像，对于 HIV 前病毒的高灵敏特异识别和原位分析，以及病毒整合与潜伏感染等关键机制的研究和理解均具有重要意义。所建立的量子点 -TALE 探针单基因识别技术，也可以用于其他与疾病和细胞功能相关的任意单拷贝基因的荧光标记与影像分析，为染色体内单基因定位、功能结构和时空动态等研究提供了技术手段。