Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1058810.32607/20758251-2013-5-2-7-18ReviewsОбзорыResearch ArticleTransfer and Expression of Small Interfering RNAs in Mammalian Cells Using Lentiviral VectorsПеренос и экспрессия малых интерферирующих РНК в клетках млекопитающих с помощью лентивирусных векторовLebedevT. D.ЛебедевT. Д.
Russian Federation
saint_john@list.ruSpirinP. V.СпиринП. В.
Russian Federation
saint_john@list.ruPrassolovV. S.ПрасоловВ. С.
Russian Federation
saint_john@list.ruEngelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesИнститут молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН1506201352VOL 5, NO2 (2013)ТОМ 5, №2 (2013)71817012020Copyright ©; 2013, Lebedev T.D., Spirin P.V., Prassolov V.S.Copyright ©; 2013, Лебедев T.Д., Спирин П.В., Прасолов В.С.2013Lebedev T.D., Spirin P.V., Prassolov V.S.Лебедев T.Д., Спирин П.В., Прасолов В.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10588

RNA interference is a convenient tool for modulating gene expression. The widespread application of RNA interference is made difficult because of the imperfections of the methods used for efficient target cell delivery of whatever genes are under study. One of the most convenient and efficient gene transfer and expression systems is based on the use of lentiviral vectors, which direct the synthesis of small hairpin RNAs (shRNAs), the precursors of siRNAs. The application of these systems enables one to achieve sustainable and long-term shRNA expression in cells. This review considers the adaptation of the processing of artificial shRNA to the mechanisms used by cellular microRNAs and simultaneous expression of several shRNAs as potential approaches for producing lentiviral vectors that direct shRNA synthesis. Approaches to using RNA interference for the treatment of cancer, as well as hereditary and viral diseases, are under active development today. The improvement made to the methods for constructing lentiviral vectors and the investigation into the mechanisms of processing of small interfering RNA allow one to now consider lentiviral vectors that direct shRNA synthesis as one of the most promising tools for delivering small interfering RNAs.

РНК-интерференция является удобным инструментом, позволяющим модулировать экспрессию генов. Широкому применению РНК-интерференции мешает несовершенство методов эффективной доставки изучаемых генов в клетки-мишени. Одна из удобных и эффективных систем переноса генов и их экспрессии - система, основанная на применении лентивирусных векторов, направляющих синтез малых шпилечных РНК (shРНК) - предшественников siРНК. Использование подобных систем позволяет добиться устойчивой и долговременной экспрессии shРНК в клетках. В представленном обзоре рассмотрены такие подходы к созданию лентивирусных векторов, направляющих синтез shРНК, как адаптация процессинга искусственных shРНК к механизмам, используемым клеточными микроРНК, и экспрессия сразу нескольких shРНК. В настоящее время активно разрабатываются подходы к применению РНК-интерференции в терапии наследственных, онкологических и вирусных заболеваний. Совершенствование методов конструирования лентивирусных векторов, а также изучение механизмов процессинга малых интерферирующих РНК позволяют рассматривать лентивирусные векторы, направляющие синтез shРНК, как один из самых перспективных инструментов доставки малых интерферирующих РНК.

lentiviral vectorsshRNARNA interferenceлентивирусные векторыshРНКРНК-интерференцияThe work is supported by the State Contract no. 16.512.11.2266, the Basic Research Program of the RAS Presidium "Molecular and Cell Biology" and the RFBR grant (grant No. 11-04-01365-a).Работа поддержана Государственным контрактом № 16.512.11.2266, Программой фундаментальных исследований Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» и грантом РФФИ (грант № 11-04-01365-а).Meister G., Tuschl T. // Nature 2004, V.431, №7006, P.343-349Tomari Y., Zamore P.D. // Genes Dev. 2005, V.19, №5, P.517-529Kim K., Lee Y.S., Carthew R.W. // RNA 2007, V.13, №1, P.22-29Macrae I.J., Ma E., Zhou M., Robinson C.V., Doudna J.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, V.105, №2, P.512-517Collins R.E., Cheng X. // FEBS Lett. 2005, V.579, №26, P.5841-5849Shen B., Goodman H.M. // Science 2004, V.306, №5698, P.997Carthew R.W., Sontheimer E.J. // Cell 2009, V.136, №4, P.642-655Lippman Z., Martienssen R. // Nature 2004, V.431, №7006, P.364-370Kim V.N. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, V.6, №5, P.376-385Bartel D.P. // Cell 2004, V.116, №2, P.281-297Han J., Lee Y., Yeom K.H., Nam J.W., Heo I., Rhee J.K., Sohn S.Y., Cho Y., Zhang B.T., Kim V.N. // Cell 2006, V.125, №5, P.887-901Yi R., Qin Y., Macara I.G., Cullen B.R. // Genes Dev 2003, V.17, №24, P.3011-3016Gregory R.I., Chendrimada T.P., Cooch N., Shiekhattar R. // Cell 2005, V.123, №4, P.631-640Lai E.C. // Nat. Genet. 2002, V.30, №4, P.363-364Wu L., Fan J., Belasco J.G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, V.103, №11, P.4034-4039Agrawal N., Dasaradhi P.V., Mohmmed A., Malhotra P., Bhatnagar R.K., Mukherjee S.K. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003, V.67, №4, P.657-685Van den Haute C., Eggermont K., Nuttin B., Debyser Z., Baekelandt V. // Hum. Gene Ther. 2003, V.14, №18, P.1799-1807Cockrell A.S., Kafri T. // Mol. Biotechnol. 2007, V.36, №3, P.187-204Spirin P.V., Vil’gelm A.E., Prassolov V.S. // Mol Biol (Mosk). 2008, V.42, №5, P.913-926Pluta K., Kacprzak M.M. // Acta Biochim. Pol. 2009, V.56, №4, P.531-595Kotsopoulou E., Kim V.N., Kingsman A.J., Kingsman S.M., Mitrophanous K.A. // J. Virol. 2000, V.74, №10, P.4839-4852Kappes J.C., Wu X., Wakefield J.K. // Methods Mol. Med. 2003, V.76, P.449-465Aiken C. // J. Virol. 1997, V.71, №8, P.5871-5877Croyle M.A., Callahan S.M., Auricchio A., Schumer G., Linse K.D., Wilson J.M., Brunner L.J., Kobinger G.P. // J. Virol. 2004, V.78, №2, P.912-921Cronin J., Zhang X.Y., Reiser J. // Curr. Gene Ther. 2005, V.5, №4, P.387-398Bartosch B., Vitelli A., Granier C., Goujon C., Dubuisson J., Pascale S., Scarselli E., Cortese R., Nicosia A., Cosset F.L. // J. Biol. Chem. 2003, V.278, №43, P.41624-41630Mazarakis N.D., Azzouz M., Rohll J.B., Ellard F.M., Wilkes F.J., Olsen A.L., Carter E.E., Barber R.D., Baban D.F., Kingsman S.M. // Hum. Mol. Genet. 2001, V.10, №19, P.2109-2121Frecha C., Szécsi J., Cosset F.L., Verhoeyen E. // Current Gene Therapy 2008, V.8, №6, P.449-460Verhoeyen E., Cosset F.L. // Suppl 1 // The Journal of Gene Medicine 2004, V.6, S1, P.S83-S94Mátrai J., Chuah M.K., Van den Driessche T. // Molecular Therapy 2010, V.18, №3, P.477-490Funke S., Maisner A., Mühlebach M.D., Koehl U., Grez M., Cattaneo R., Cichutek K., Buchholz C.J. // Molecular Therapy 2008, V.16, №8, P.1427-1436Maurice M., Verhoeyen E., Salmon P., Trono D., Russell S.J., Cosset F.L. // Blood. 2002, V.99, №7, P.2342-2350Verhoeyen E., Dardalhon V., Ducrey-Rundquist O., Trono D., Taylor N., Cosset F.L. // Blood. 2003, V.101, №6, P.2167-2174Verhoeyen E., Nègre D., Cosset F.L. // Methods in Molecular Biology 2008, V.434, P.99-112Froelich S., Ziegler L., Stroup K., Wang P. // Biotechnology and Bioengineering 2009, V.104, №1, P.206-215Lei Y., Joo K.I., Zarzar J., Wong C., Wang P. // Virology Journal 2010, V.7, P.35Yang L., Bailey L., Baltimore D., Wang P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006, V.103, №31, P.11479-11484Yang H., Joo K.I., Ziegler L., Wang P. // Pharm. Res. 2009, V.26, №6, P.1432-1445Yang L., Yang H., Rideout K., Cho T., Joo K.I., Ziegler L., Elliot A., Walls A., Yu D., Baltimore D. // Nat. Biotechnol. 2008, V.26, №3, P.326-334Morizono K., Bristol G., Xie Y.M., Kung S.K., Chen I.S. // Virology Journal 2001, V.75, №17, P.8016-8020Cui Y., Kelleher E., Straley E., Fuchs E., Gorski K., Levitsky H., Borrello I., Civin C.I., Schoenberger S.P., Cheng L. // Nat. Med. 2003, V.9, №7, P.952-958Gruh I., Wunderlich S., Winkler M., Schwanke K., Heinke J., Blömer U., Ruhparwar A., Rohde B., Li R.K., Haverich A. // The Journal of Gene Medicine 2008, V.10, №1, P.21-32Dykxhoorn D.M., Novina C.D., Sharp P.A. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2003, V.4, №6, P.457-467Boden D., Pusch O., Lee F., Tucker L., Shank P.R., Ramratnam B. // Nucl. Acids Res. 2003, V.31, №17, P.5033-5038Tiscornia G., Singer O., Verma I.M. // Nature Protocols 2006, V.1, №1, P.234-240Spirin P.V., Baskaran D., Rubtsov P.M., Zenkova M.A., Vlassov V.V., Chernolovskaya E.L., Prassolov V.S. // Acta Naturae 2009, V.1, №2, P.86-90Spirin P.V., Nikitenko N.A., Lebedev T.D., Rubtsov P.M., Stocking C., Prassolov V.S. // Mol Biol (Mosk). 2011, V.45, №6, P.1036-1045Grimm D., Streetz K.L., Jopling C.L., Storm T.A., Pandey K., Davis C.R., Marion P., Salazar F., Kay M.A. // Nature 2006, V.411, №7092, P.537-541Hornung V., Ellegast J., Kim S., Brzozka K., Jung A., Kato H., Poeck H., Akira S., Conzelmann K.K., Schlee M. // Science 2006, V.314, №5801, P.994-997Pichlmair A., Schulz O., Tan C.P., Naslund T.I., Liljestrom P., Weber F., Reis e Sousa C. // Science 2006, V.314, №5801, P.997-1001Kenworthy R., Lambert D., Yang F., Wang N., Chen Z., Zhu H., Zhu F., Liu C., Li K., Tang H. // Nucleic Acids Research 2009, V.37, №19, P.6587-6599Scherer L.J., Frank R., Rossi J.J. // Nucleic Acids Research 2007, V.35, №8, P.2620-2628Ehsani A., Saetrom P., Zhang J., Alluin J., Li H., Snøve O. Jr., Aagaard L., Rossi J.J. // Molecular Therapy 2010, V.18, №4, P.796-802An D.S., Qin F.X., Auyeung V.C., Mao S.H., Kung S.K., Baltimore D., Chen I.S. // Molecular Therapy 2006, V.14, №4, P.494-504Gupta S., Maitra R., Young D., Gupta A., Sen S. // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2009, V.297, №2, P.627-636Bot I., Guo J., van Eck M., van Santbrink P.J., Groot P.H., Hildebrand R.B., Seppen J., van Berkel T.J., Biessen E.A. // Blood 2005, V.106, №4, P.1147-1153Eren-Koçak E., Turner C.A., Watson S.J., Akil H. // Biological Psychiatry 2011, V.69, №6, P.534-540Mäkinen P.I., Koponen J.K., Kärkkäinen A.M., Malm T.M., Pulkkinen K.H., Koistinaho J., Turunen M.P., Ylä-Herttuala S. // The Journal of Gene Medicine 2006, V.8, №4, P.433-441Manjunath N., Wu H., Subramanya S., Shankar P. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2009, V.61, №9, P.732-745McBride J.L., Boudreau R.L., Harper S.Q., Staber P.D., Monteys A.M., Martins I., Gilmore B.L., Burstein H., Peluso R.W., Polisky B. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, V.105, №15, P.5868-5873Zeng Y., Wagner E.J., Cullen B.R. // Molecular Cell 2002, V.9, №6, P.1327-1333Amendola M., Passerini L., Pucci F., Gentner B., Bacchetta R., Naldini L. // Molecular Therapy 2009, V.17, №6, P.1039-1052Chung K.H., Hart C.C., Al-Bassam S., Avery A., Taylor J., Patel P.D., Vojtek A.B., Turner D.L. // Nucleic Acids Research 2006, V.34, №7, P.53Sano M., Li H., Nakanishi M., Rossi J.J. // Molecular Therapy 2008, V.16, №1, P.170-177Watanabe T., Sudoh M., Miyagishi M., Akashi H., Arai M., Inoue K., Taira K., Yoshiba M., Kohara M. // Gene Ther 2006, V.13, №11, P.883-892Weinberg M.S., Ely A., Barichievy S., Crowther C., Mufamadi S., Carmona S., Arbuthnot P. // Molecular Therapy 2007, V.15, №3, P.534-541Brake O., Hooft K.T., Liu Y.P., Centlivre M., von Eije K.J., Berkhout B. // Molecular Therapy 2008, V.16, №3, P.557-564Gou D., Weng T., Wang Y., Wang Z., Zhang H., Gao L., Chen Z., Wang P., Liu L. // The Journal of Gene Medicine 2007, V.9, №9, P.751-763Liu Y.P., Haasnoot J., ter Brake O., Berkhout B., Konstantinova P. // Nucleic Acids Research 2008, V.36, №9, P.2811-2824Ashfaq U.A., Yousaf M.Z., Aslam M., Ejaz R., Jahan S., Ullah O. // Virology Journal 2011, V.8, P.276Morris K.V., Rossi J.J. // Gene Ther. 2006, V.13, №6, P.553-558Zheng Z.M., Tang S., Tao M. // Ann. N.Y. Acad. Sci. 2005, V.158, P.105-118ter Brake O., Berkhout B. // The Journal of Gene Medicine 2007, V.9, №9, P.743-750Samson M., Libert F., Doranz B.J., Rucker J., Liesnard C., Farber C.M., Saragosti S., Lapoumeroulie C., Cognaux J., Forceille C. // Nature 1996, V.382, №6593, P.722-725Anderson J., Akkina R. // Gene Ther. 2007, V.14, №17, P.1287-1297Qin X.F., An D.S., Chen I.S., Baltimore D. // roc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003, V.100, №1, P.183-188Lee M.T., Coburn G.A., McClure M.O., Cullen B.R. // Virology Journal 2003, V.77, №22, P.11964-11972Butticaz C., Ciuffi A., Muñoz M., Thomas J., Bridge A., Pebernard S., Iggo R., Meylan P., Telenti A. // Antiviral Therapy 2003, V.8, №5, P.373-377Brass A.L., Dykxhoorn D.M., Benita Y., Yan N., Engelman A., Xavier R.J., Lieberman J., Elledge S.J. // Science 2008, V.319, №5865, P.921-926Anderson J., Akkina R. // Retrovirology 2005, V.2, P.53Banerjea A., Li M.J., Bauer G., Remling L., Lee N.S., Rossi J., Akkina R. // Molecular Therapy 2003, V.8, №1, P.62-71An D.S., Donahue R.E., Kamata M., Poon B., Metzger M., Mao S.H., Bonifacino A., Krouse A.E., Darlix J.L., Baltimore D. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001, V.104, №32, P.13110-13115Li M.J., Kim J., Li S., Zaia J., Yee J.K., Anderson J., Akkina R., Rossi J.J. // Molecular Therapy 2005, V.12, №5, P.900-909Tiemann K., Rossi J.J. // EMBO Mol. Med. 2009, V.1, №3, P.142-151Anderson J., Li M.J., Palmer B., Remling L., Li S., Yam P., Yee J.K., Rossi J., Zaia J., Akkina R. // Molecular Therapy 2007, V.15, №6, P.1182-1188Senzer N., Barve M., Kuhn J., Melnyk A., Beitsch P., Lazar M., Lifshitz S., Magee M., Oh J., Mill S.W. // Molecular Therapy 2012, V.20, №3, P.679-686Zhang B., Pan X., Cobb G.P., Anderson T.A. // Developmental Biology 2007, V.302, №1, P.1-12Li C., Feng Y., Coukos G., Zhang L. // AAPS J. 2009, V.11, №4, P.747-757Yu F., Yao H., Zhu P., Zhang X., Pan Q., Gong C., Huang Y., Hu X., Su F., Lieberman J. // Cell 2007, V.131, №6, P.1109-1123Cimmino A., Calin G.A., Fabbri M., Iorio M.V., Ferracin M., Shimizu M., Wojcik S.E., Aqeilan R.I., Zupo S., Dono M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005, V.102, №39, P.13944-13949Kota J., Chivukula R.R., O’Donnell K.A., Wentzel E.A., Montgomery C.L., Hwang H.W., Chang T.C., Vivekanandan P., Torbenson M., Clark K.R. // Cell 2009, V.137, №6, P.1005-1017Kumar M.S., Erkeland S.J., Pester R.E., Chen C.Y., Ebert M.S., Sharp P.A., Jacks T. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, V.105, №10, P.3903-3908DiGiusto D.L., Krishnan A., Li L., Li H., Li S., Rao A., Mi S., Yam P., Stinson S., Kalos M. // Sci. Transl. Med. 2010, V.2, №36, P.36-43Yoshino S., Hara T., Weng J.S., Takahashi Y., Seiki M., Sakamoto T. // PLoS One 2012, V.7, №4, P.35590Palchaudhuri R., Hergenrother P.J. // ACS Chem. Biol. 2011, V.6, №1, P.21-33Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Spirin P.V., Fedorova T.V., Kretova O.V., Tchurikov N.A., Prassolov V.S., Ilinskaya O.N., Makarov A.A. // Cell Cycle. 2011, V.10, №23, P.4090-4097