研究人员设计多尾MRNA释放更持久基因疗法的潜力

信使RNA(mRNA)因其在多种COVID-19疫苗中的基石作用，在大流行期间一跃成为公众关注的焦点。但mRNA(指导人体产生蛋白质的基因序列)也正在被开发为一类新型药物。然而，为了使mRNA具有广泛的治疗用途，这些分子需要比构成新冠疫苗的分子在体内的持续时间更长。

来自麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及麻省理工学院的研究人员通过在分子中添加多个“尾巴”设计了一种新的mRNA结构，可将细胞中的mRNA活性水平提高5至20倍。研究小组还表明，与未修饰的mRNA相比，他们的多尾mRNA在动物体内的持续时间延长了2至3倍，并且当纳入CRISPR基因编辑系统时，可以在小鼠体内实现更有效的基因编辑。

《自然生物技术》杂志报道的新mRNA有可能用于治疗需要长期治疗的疾病，这些治疗需要编辑基因或替换有缺陷的蛋白质。

“在新冠疫苗中使用mRNA非常棒，这促使我们探索如何扩大mRNA可能的治疗应用，”博德研究所核心研究所成员、助理教授、新论文的资深作者肖王说。麻省理工学院化学系。“我们已经证明，非自然结构的功能比自然结构要好得多。这项研究让我们对化学和拓扑修饰mRNA分子的能力充满信心。”

“最令我兴奋的是，这种新形状的mRNA能够很好地被细胞翻译机制所耐受，”该论文的第一作者、王实验室的麻省理工学院化学系研究生HongyuChen说。“这为合成修饰mRNA以扩展其治疗用途开辟了许多新的机会。”

保持力量

如今的新冠疫苗中的mRNA非常有效，因为所需的量很少——一旦注射到体内，它就会刺激类似于新冠病毒部分蛋白质的产生。“免疫系统非常强大，因此它能够产生许多抗体来响应外源蛋白的瞬时表达，”陈说。

但要使同类型的mRNA产生足够的蛋白质来治疗破坏必需蛋白质正常产生的疾病，就需要更大的剂量，这可能会导致毒副作用。

Wang的实验室专门研究RNA从合成到最终在细胞中降解和处理的整个过程。Wang、Chen和他们的团队希望接受复杂的挑战，设计一种稳定、活跃并在低剂量下产生持续治疗效果的mRNA结构。

“我发现mRNA非常令人着迷，因为作为一种信息分子，它的功能是由其序列编码的，而它的稳定性则取决于其主链的化学性质，”Chen说。“这一功能为化学家提供了广泛设计mRNA结构的多功能性，而无需担心改变其携带的信息。”

根据之前的研究，Wang和Chen知道mRNA结构的一部分(称为聚腺苷酸尾的分支)在保护mRNA免于细胞内降解方面发挥着重要作用。2022年，他们证明，对Poly(A)尾进行化学修饰可以减缓mRNA的自然衰减，使其更适用于更广泛的治疗。他们将这些修饰分子命名为“mRNA-oligo缀合物”或mocRNA。

在这项工作的基础上，Wang和Chen假设，设计一种更复杂的mRNA形状，包含多个经过修饰的Poly(A)尾部，将进一步增强mRNA的治疗效果。在他们的最新努力中，该团队制造了多尾mRNA，并在人类细胞中进行了测试，发现它们的mRNA翻译持续时间比天然mRNA和mocRNA长得多，随着时间的推移，每剂量产生多达20倍的蛋白质。

在小鼠实验中，研究人员发现，只需一剂多尾mRNA就能产生持续长达14天的蛋白质——几乎是之前mRNA技术所证明的寿命的两倍。

他们还使用多尾mRNA编码DNA切割Cas9蛋白，作为CRISPR-Cas9基因编辑系统的一部分，并在小鼠中进行了测试，以编辑与高胆固醇、Pcsk9和Angptl3相关的基因。他们发现，与用对照Cas9mRNA治疗的动物相比，仅单剂量的多尾Cas9mRNA就可以诱导更高水平的基因编辑，从而减少血液中循环的胆固醇。

Wang和Chen现在专注于使他们的多尾mRNA合成和纯化过程更具可扩展性。他们还在仔细研究mRNA修饰如何影响其治疗稳定性和活性之间的相互作用。

Chen说：“我们想看看我们还能在哪里改造mRNA的结构来提高效率。”他补充说，他们还对能够提高细胞扫描和翻译mRNA指令的速度的修饰感兴趣。