科学家们发现了可能开启mRNA未来治疗用途的化学标记物

桂太郎浅野教授领导的一个国际研究小组广岛大学的综合科学研究生院生活在日本,还有堪萨斯州州立大学在美国,开始寻找新的方法来人工诱导mRNA回应的方式,最终可能导致治疗的结果,扩大基于mrna的COVID-19疫苗的成功，并在一系列可能的基因疗法中开辟新的可能性。

浅野和他的研究小组关注了一种被称为化学修饰的生化过程，这种过程在RNA碱基上添加化学标记，与生命蓝图的遗传字母相对应。并确定了这些化学标记，这些化学标记在化学拉链开始时加速和减缓了与产生特定基因蛋白质有关的行为。他们于2022年4月8日在《科学进展》杂志上发表了他们的发现。

在包括人类在内的动物体内，mRNA被称为AUG起始密码子，在蛋白质生成过程中发挥作用，这是RNA基因“拉链”的通用密码子。AUG所组成的化合物是一种名为蛋氨酸的氨基酸，是蛋白质分子的20个组成部分之一。其他RNA密码子，如GUG(氨基酸缬氨酸)、UUG(氨基酸亮氨酸)和CUG(也是亮氨酸)通常被认为是“非起始”密码子，这意味着它们不太可能代表基因翻译的开始。相反，它们出现在蛋白质编码区域的中间，该区域旨在解开基因蓝图并产生特定的蛋白质。

除了AUG，很少有其他密码子能像AUG那样激活mRNA。但为了改变这种情况，浅野和他的团队开始测试普通RNA的化学修饰，评估它们对启动翻译过程的不同类型的罕见起始密码子的影响。为此，他们利用了之前的发现，GUG、UUG和CUG密码子与AUG不同一个字母，通过连接动物中启动翻译事件的最佳RNA序列，可以转换为一个相当强的指定蛋氨酸的起始密码子。他们的研究设计选取了来自这些序列的12个RNA序列，通过不同的非aug起始密码子以不同的效率表达绿色荧光蛋白。为了准确评估GFp的表达，他们使用了一种称为流式细胞术的技术来测量每个附着的RNA序列和起始密码子的约10,000个细胞的荧光。通过这种方式，他们比较了天然RNA和化学修饰RNA的翻译效率。

他们发现，当一个非aug的起始密码子收到一个特定的化学标记时，翻译效率发生改变的共同趋势。他们报道了一个显著的发现，即U-to-psi(伪尿嘧啶)的转换能够显著增加CUG、GUG和UUG起始密码子的起始电位(更令人满意的是，对AUG没有影响)。Asano说:“对非aug起始密码子的化学修饰可以极大地改变这些密码子的起始频率。”“计算机模拟在理解导致这些影响的机制方面发挥了关键作用。非aug起始密码子mRNA的翻译是一个古老而又新的概念。这些起始密码子曾在原核生物[细菌]中使用，但我们的研究强调了在包括人类在内的真核生物中这样做的可能性，使这一概念向前迈出了一大步。”

浅野希望医疗行业能注意到这一新的数据体，并继续进行进一步的研究，研究如何使用化学修饰的RNA来生成合成表达开关——以这种方式以一种高度有针对性的方式刺激人类和动物的翻译活动。“我希望生产mRNA疫苗的公司将利用我们的发现，”他说。例如，他们可以使用UUG起始密码子，并对mRNA进行100万psi的化学修饰，就像辉瑞对其COVID-19疫苗所做的那样。它们将允许从起始密码子开始的抗原的强表达，但避免由偶然合成并整合到基因组中的cDNA的蛋白质表达。”

浅野进一步解释说，到目前为止，还没有发现长期使用各种mRNA疫苗的重大风险。“但当患者在免疫过程中遇到这些病毒时，抗逆转录病毒的疫苗有很小的机会产生疫苗cDNA。如果它融入到患者的基因组中，抗原可能会以某种方式表达，从而减弱疫苗的生产，从而提高疫苗的产量，”他说。“但除此之外，这个概念非常简单，没有增加额外的成本。所以我们希望这些技术被采用。”

Journal Reference:

Yoshihiko Fujita, Takeru Kameda, Chingakham Ranjit Singh, Whitney pepper, Ariana Cecil, Madelyn Hilgers, Mackenzie Thornton, Izumi Asano, Carter Moravek, Yuichi Togashi, Hirohide Saito, Katsura Asano. Translational recoding by chemical modification of non-AUG start codon ribonucleotide bases. Science Advances, 2022; 8 (14) DOI: 10.1126/sciadv.abm8501