擺脫基因療法脫靶困境!能在人體運作的 RNA 轉譯系統誕生

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脫靶效應(off-target)是基因治療的一大困境,這個現象指的是編輯系統沒有與與目標基因精準結合,導致非預期的基因更動,甚至可能造成不可逆的基因突變。

近期麻省理工學院(MIT)及哈佛大學(Havard University)聯合發佈於《Nature Biotechnology》研究,提出一種可以高度精準標靶 RNA 的編輯系統 eToehold。這項編輯平台在與目標 RNA 結合之後才會啟動下游蛋白轉譯功能,因此可以應用至許多需要精準標靶細胞的療法,例如癌症標靶治療、針對特定細胞的基因療法。 

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細菌內作用的 RNA 轉譯控制系統 

來自哈佛大學的研究團隊,在 2014 年就曾提出能在細菌內運作、精準開關 RNA 轉譯功能的「toehlod」系統。該系統由髮夾彎形狀的 toehold RNA 片段、核糖體組成,一般情況下 toehold RNA 與核糖體結合位結合,避免該核糖體執行蛋白轉譯功能。

髮夾彎形的 toehold RNA 也能與目標 mRNA 結合,兩者結合後會誘發(trigger)該系統活化,使 teohold RNA 鬆開核糖體、核糖體進而與 mRNA 結合,生成目標蛋白。這項系統儘管精準度高,但是只能在細菌內運作,而這也是該團隊近期研究的重大突破。

能在人類細胞運作的 RNA 轉譯系統

研究團隊近期提出能在人體中作用的 eToehold ,與前述 toehold 運作方式類似。eToehold 帶有 IRES(internal ribobome entry sites)系統,IRES 系統中有來自病毒的髮夾形 RNA 片段,在未活化的情況下 RNA 會與核糖體結合。當誘導 RNA(如病毒 RNA、外來病原 RNA)與 IRES 的 RNA 片段結合後,會使得核糖體被釋放,與誘導 RNA 生成目標蛋白。

這項系統也能搭配容易被偵測到的報導基因運作,例如當 eToehold 被活化開始轉譯蛋白後,表現出特定螢光訊號或者細胞表面蛋白,讓研究人員更輕易追蹤 RNA 轉譯狀態。

eToehold 作用機制示意圖,圖片來源《Nature Biotechnology》

基因及細胞療法相關應用

這項研究的重大突破在於,eToehold 系統克服了在高等生物細胞調控 RNA 轉譯的困境,能夠在人體細胞調控 RNA 表現。

該系統也有 2 方面的應用,首先,eToehold 能用來偵測 RNA 病毒的感染(如茲卡病毒、新冠病毒),當系統偵測到特定病毒 RNA,便將訊號蛋白大量呈現於細胞表面。

另一方面,eToehold 也能提升基因與細胞療法療效,例如標靶只會在特定細胞類型表現 RNA(如黑色素細胞)的基因療法,或者應用於細胞療法,藉由調控 RNA 轉譯功能更精準誘導幹細胞的分化途徑。

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參考資料:
1. https://wyss.harvard.edu/news/creating-a-new-toehold-for-rna-therapeutics-cell-therapies-and-diagnostics/
2. Nature Biotechnology, 2021; https://www.nature.com/articles/s41587-021-01068-2
3. Cell, 2014; https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(14)01289-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867414012896%3Fshowall%3Dtrue

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