研究人員表示具有多個(gè)尾巴的信使RNA可能會(huì)帶來(lái)更有效的治療方法

由于信使RNA(mRNA)在多種疫苗中的基石作用，信使RNA(mRNA)在大流行期間一躍成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。但mRNA(指導(dǎo)人體產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因序列)也正在被開發(fā)為一類新型藥物。然而，為了使mRNA具有廣泛的治療用途，這些分子需要比構(gòu)成新冠疫苗的分子在體內(nèi)的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

來(lái)自麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)布羅德研究所以及麻省理工學(xué)院的研究人員通過在分子中添加多個(gè)“尾巴”設(shè)計(jì)了一種新的mRNA結(jié)構(gòu)，從而將細(xì)胞中的mRNA活性水平提高了5至20倍。研究小組還表明，與未修飾的mRNA相比，他們的多尾mRNA在動(dòng)物體內(nèi)的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了兩到三倍，并且當(dāng)納入CRISPR基因編輯系統(tǒng)時(shí)，可以在小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)更有效的基因編輯。

《自然生物技術(shù)》雜志報(bào)道的新mRNA有可能用于治療需要長(zhǎng)期治療的疾病，這些治療需要編輯基因或替換有缺陷的蛋白質(zhì)。

博德研究所核心研究所成員、助理教授、新論文的資深作者XiaoWang表示：“mRNA在新冠疫苗中的應(yīng)用非常棒，這促使我們探索如何擴(kuò)大mRNA可能的治療應(yīng)用。”麻省理工學(xué)院化學(xué)系。

“我們已經(jīng)證明，非天然結(jié)構(gòu)的功能比天然結(jié)構(gòu)好得多。這項(xiàng)研究讓我們對(duì)化學(xué)和拓?fù)湫揎梞RNA分子的能力充滿信心。”

“最令我興奮的是，這種新形狀的mRNA能夠很好地被細(xì)胞翻譯機(jī)制所耐受，”該論文的第一作者、麻省理工學(xué)院化學(xué)系王教授實(shí)驗(yàn)室的研究生HongyuChen說(shuō)。“這為合成修飾mRNA以擴(kuò)展其治療用途開辟了許多新的機(jī)會(huì)。”

保持力量

如今的新冠疫苗中的mRNA非常有效，因?yàn)樗璧牧糠浅Ｉ?mdash;—一旦注射到體內(nèi)，它就會(huì)刺激類似于新冠病毒部分蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。“免疫系統(tǒng)非常強(qiáng)大，因此它能夠產(chǎn)生許多抗體來(lái)響應(yīng)外源蛋白的瞬時(shí)表達(dá)，”陳說(shuō)。

但要使同類型的mRNA產(chǎn)生足夠的蛋白質(zhì)來(lái)治療破壞必需蛋白質(zhì)正常產(chǎn)生的疾病，就需要更大的劑量，這可能會(huì)導(dǎo)致毒副作用。

Wang的實(shí)驗(yàn)室專門研究RNA從合成到最終在細(xì)胞中降解和處理的整個(gè)過程。Wang、Chen和他們的團(tuán)隊(duì)希望接受復(fù)雜的挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定、活躍并在低劑量下產(chǎn)生持續(xù)治療效果的mRNA結(jié)構(gòu)。

“我發(fā)現(xiàn)mRNA非常令人著迷，因?yàn)樽鳛橐环N信息分子，它的功能是由它的序列編碼的，而它的穩(wěn)定性是由它的主鏈的化學(xué)性質(zhì)決定的，”陳說(shuō)。“這一功能為化學(xué)家提供了廣泛設(shè)計(jì)mRNA結(jié)構(gòu)的多功能性，而無(wú)需擔(dān)心改變其攜帶的信息。”

根據(jù)之前的研究，Wang和Chen知道m(xù)RNA結(jié)構(gòu)的一部分(稱為聚腺苷酸尾的分支)在保護(hù)mRNA免于細(xì)胞內(nèi)降解方面發(fā)揮著重要作用。2022年，他們證明，對(duì)Poly(A)尾進(jìn)行化學(xué)修飾可以減緩mRNA的自然衰減，使其更適用于更廣泛的治療。他們將這些修飾分子命名為“mRNA-oligo綴合物”或mocRNA。

在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，Wang和Chen假設(shè)，設(shè)計(jì)一種更復(fù)雜的mRNA形狀，包含多個(gè)經(jīng)過修飾的Poly(A)尾部，將進(jìn)一步增強(qiáng)mRNA的治療效果。

在他們的最新努力中，該團(tuán)隊(duì)制造了多尾mRNA，并在人類細(xì)胞中對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)它們的mRNA翻譯持續(xù)時(shí)間比天然mRNA和mocRNA長(zhǎng)得多，隨著時(shí)間的推移，每劑量產(chǎn)生多達(dá)20倍的蛋白質(zhì)。

在小鼠實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，只需一劑多尾mRNA就能產(chǎn)生持續(xù)長(zhǎng)達(dá)14天的蛋白質(zhì)，幾乎是之前mRNA技術(shù)所證明的壽命的兩倍。

他們還使用多尾mRNA編碼DNA切割Cas9蛋白，作為CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)的一部分，并在小鼠中進(jìn)行了測(cè)試，以編輯與高膽固醇、Pcsk9和Angptl3相關(guān)的基因。他們發(fā)現(xiàn)，與用對(duì)照Cas9mRNA治療的動(dòng)物相比，僅單劑量的多尾Cas9mRNA就可以誘導(dǎo)更高水平的基因編輯，從而減少血液中循環(huán)的膽固醇。

Wang和Chen現(xiàn)在專注于使他們的多尾mRNA合成和純化過程更具可擴(kuò)展性。他們還在仔細(xì)研究mRNA修飾如何影響其治療穩(wěn)定性和活性之間的相互作用。

Chen說(shuō)：“我們想看看我們還能在哪里改造mRNA的結(jié)構(gòu)來(lái)提高效率。”他補(bǔ)充說(shuō)，他們還對(duì)能夠提高細(xì)胞掃描和翻譯mRNA指令的速度的修飾感興趣。

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