Nature Biotechnology：一种选择性地开启人类细胞中的RNA疗法的新方法

麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard University)的研究人员设计了一种方法，可以选择性地启动靶细胞(包括人类细胞)的基因治疗。他们的技术可以检测到细胞中特定的信使RNA序列，然后触发转基因或人工基因产生特定的蛋白质。

由于转基因在错误的细胞中表达可能会产生负面甚至危险的影响，研究人员希望找到一种方法来减少基因治疗的脱靶效应。区分不同类型细胞的一种方法是读取细胞内部的RNA序列，这一序列因组织而异。

“这为RNA疗法的新兴领域带来了新的控制电路，开辟了下一代RNA疗法，可以只在细胞或组织特定的方式下启动，”麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系的医学工程与科学特梅尔教授、该研究的资深作者詹姆斯·柯林斯说。

研究人员说，这种高度定向的方法基于病毒用来控制宿主细胞中的基因转译的遗传元素，可以帮助避免一些影响整个身体的治疗的副作用。

哈佛大学威斯生物启发工程研究所(Wyss Institute for biological Inspired Engineering)的研究员埃文·赵(Evan Zhao)和麻省理工学院(MIT)的博士后、威斯研究所(Wyss Institute)的技术研究员安吉洛·毛(Angelo Mao)是这项研究的主要作者，该研究今天发表在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上。

RNA检测

信使RNA (mRNA)分子是RNA的序列，它编码了构建特定蛋白质的指令。几年前，柯林斯和他的同事开发了一种方法，利用RNA检测作为触发器，刺激细胞在细菌细胞中产生一种特定的蛋白质。该系统通过引入一种称为“立足点”的RNA分子来工作，该分子与为特定蛋白质编码的mRNA分子的核糖体结合位点结合。(核糖体是蛋白质根据信使rna指令组装的地方。)这种结合阻止信使rna被翻译成蛋白质，因为它不能附着在核糖体上。

RNA的立足点还包含一个序列，可以结合到一个不同的mRNA序列，作为一个触发器。如果这个目标mRNA序列被检测到，这个立足点就会松开，被阻断的mRNA就会被翻译成蛋白质。这种信使rna可以编码任何基因，比如荧光报告分子。这种荧光信号为研究人员提供了一种可视化的方法，以确定目标mRNA序列是否被检测到。

在这项新研究中，研究人员开始尝试创建一个类似的系统，可以用于真核(非细菌)细胞，包括人类细胞。

由于真核细胞中的基因翻译更为复杂，它们在细菌中使用的基因成分无法导入人类细胞。相反，研究人员利用了病毒劫持真核细胞来翻译自身病毒基因的系统。该系统由称为内部核糖体进入位点(IRES)的RNA分子组成，它可以招募核糖体并开始将RNA翻译为蛋白质。

“这些是RNA的复杂折叠，病毒已经发展到劫持核糖体，因为病毒需要找到表达蛋白质的方法，”赵说。

研究人员从不同类型的病毒中自然产生的IRES开始，并将它们设计成包含一个与触发mRNA结合的序列。当经过工程处理的IRES在输出转基因前插入人类细胞时，它会阻止该基因的翻译，除非在细胞内检测到触发mRNA。触发导致IRES恢复并允许基因被翻译成蛋白质。

有针对性的治疗

研究人员利用这项技术开发出可以检测人类和酵母细胞内各种不同触发因素的足点。首先，他们发现可以检测到寨卡病毒和SARS-CoV-2病毒基因的mRNA编码。研究人员说，这一技术的一个可能应用是设计T细胞，在感染期间检测并对病毒mRNA作出反应。

他们还设计了能检测人类细胞中自然产生的蛋白质mRNA的立足点分子，这有助于揭示细胞状态，如压力。作为一个例子，他们展示了他们可以检测热休克蛋白的表达，这种蛋白是细胞暴露在高温下时产生的。

最后，研究人员表示，他们可以通过检测酪氨酸酶mRNA的工程脚趾来识别癌细胞，酪氨酸酶是一种在黑色素瘤细胞中产生过量黑色素的酶。这种靶向性可以使研究人员开发出一种治疗方法，当细胞中检测到癌变蛋白质时，这种蛋白质会引发细胞死亡。

毛说:“我们的想法是，可以针对任何独特的RNA标记，并提供治疗。”“这可能是一种限制生物分子对目标细胞或组织表达的方法。”

本文中所做的所有研究都是在实验室培养皿中培养的细胞中进行的。研究人员目前正在研究传递策略，使系统中的RNA成分能够到达动物模型中的靶细胞。

文章标题

RNA-responsive elements for eukaryotic translational control