摆脱基因疗法脱靶困境!能在人体运作的 RNA 转译系统诞生

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脱靶效应(off-target)是基因治疗的一大困境,这个现象指的是编辑系统没有与与目标基因精准结合,导致非预期的基因更动,甚至可能造成不可逆的基因突变。

近期麻省理工学院(MIT)及哈佛大学(Havard University)联合发布于《Nature Biotechnology》研究,提出一种可以高度精准标靶 RNA 的编辑系统 eToehold。这项编辑平台在与目标 RNA 结合之后才会启动下游蛋白转译功能,因此可以应用至许多需要精准标靶细胞的疗法,例如癌症标靶治疗、针对特定细胞的基因疗法。 

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细菌内作用的 RNA 转译控制系统 

来自哈佛大学的研究团队,在 2014 年就曾提出能在细菌内运作、精准开关 RNA 转译功能的“toehlod”系统。该系统由发夹弯形状的 toehold RNA 片段、核糖体组成,一般情况下 toehold RNA 与核糖体结合位结合,避免该核糖体执行蛋白转译功能。

发夹弯形的 toehold RNA 也能与目标 mRNA 结合,两者结合后会诱发(trigger)该系统活化,使 teohold RNA 松开核糖体、核糖体进而与 mRNA 结合,生成目标蛋白。这项系统尽管精准度高,但是只能在细菌内运作,而这也是该团队近期研究的重大突破。

能在人类细胞运作的 RNA 转译系统

研究团队近期提出能在人体中作用的 eToehold ,与前述 toehold 运作方式类似。eToehold 带有 IRES(internal ribobome entry sites)系统,IRES 系统中有来自病毒的发夹形 RNA 片段,在未活化的情况下 RNA 会与核糖体结合。当诱导 RNA(如病毒 RNA、外来病原 RNA)与 IRES 的 RNA 片段结合后,会使得核糖体被释放,与诱导 RNA 生成目标蛋白。

这项系统也能搭配容易被侦测到的报导基因运作,例如当 eToehold 被活化开始转译蛋白后,表现出特定萤光讯号或者细胞表面蛋白,让研究人员更轻易追踪 RNA 转译状态。

eToehold 作用机制示意图,图片来源《Nature Biotechnology》

基因及细胞疗法相关应用

这项研究的重大突破在于,eToehold 系统克服了在高等生物细胞调控 RNA 转译的困境,能够在人体细胞调控 RNA 表现。

该系统也有 2 方面的应用,首先,eToehold 能用来侦测 RNA 病毒的感染(如兹卡病毒、新冠病毒),当系统侦测到特定病毒 RNA,便将讯号蛋白大量呈现于细胞表面。

另一方面,eToehold 也能提升基因与细胞疗法疗效,例如标靶只会在特定细胞类型表现 RNA(如黑色素细胞)的基因疗法,或者应用于细胞疗法,借由调控 RNA 转译功能更精准诱导干细胞的分化途径。

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参考资料:
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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