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Nature子刊：一种优化环状RNA翻译水平的新策略
环状RNA (Circular RNAs, circRNAs)是一类特殊的非编码RNA分子，具有封闭的环状结构，能够更高效、稳定地表达蛋白质。最近，斯坦福大学的科研团队开发了一种系统的方法，可以快速组装和测试影响circRNA蛋白产生的因素，并通过优化设计将circRNA翻译和表达蛋白的产量提高了数百倍。相关成果发表在《Nature Biotechnology》杂志上，标题为“Engineering circular RNA for enhanced protein production”。 在mRNA翻译过程中，m7G帽募集真核起始因子4E (eIF4E)，它与eIF4A和eIF4G协同作用，支持其他起始因子和核糖体的募集。相比之下，由于环状RNA是首尾共价连接的，缺乏5'末端，它们必须依赖帽无关机制，如内部核糖体进入位点(IRESs)来启动转译。虽然含有IRESs的环状RNA编码蛋白质的能力早已为人所知，但环状RNA翻译的原理尚未被彻底剖析。 在这项研究中，研究团队通过创建模块化的高通量平台来制造和测试合成的环状RNA。为了提高circRNA的蛋白质翻译效率，研究团队优化了5个元素:矢量拓扑、5'和3' UTRs、IRESs和合成适体启动翻译机制。通过优化组合这些元素，本研究成功将circRNA翻译的蛋白产量提高了224倍。它在体外具有比线性mRNA更高的翻译效率，在体内可提供更持久的翻译。
采用模块化的环状RNA克隆平台，实现了设计-构建-测试的快速循环。 研究人员在翻译起始和剪接之间生成了具有不同帧内间隔长度的circRNA变体。由这些间隔区编码的肽反映了来自鼻病毒家族的常见病毒前体肽序列。测试这些环状RNA的表达表明，增加间隔长度不利于翻译，核糖体不受td剪接二级结构的影响。 研究人员还证明，使用适体将eIF4G招募到IRES可以很容易地增强circRNA的翻译。适体的正确定位需要将其放置在IRES的翻译起始核心附近，并将其最小程度地破坏原生RNA结构。未来的优化可以使RNA适体适应其他需求，例如使小分子控制circRNA的翻译或引导circRNA到特定的细胞内靶标。此外，RNA适体的掺入可能为环状RNA的细胞型特异性表达提供了途径。 总而言之，本研究通过各种优化，将circRNA翻译表达的蛋白输出提高了数百倍，这证实了经工程改造的circRNA在体内可以拥有与线性mRNA相同强度的表达蛋白，且表达更稳定，翻译时间更长。本研究为未来的工业应用提供了新的思路和方法。 参考 Chen R, et al. Engineering circular RNA for enhanced protein production. Nature biotechnology, 2022: 1-11. |
