《Nature》：基于tRNA的新抑制基因疗法

麻省理工大学医学院的基因治疗研究人员首次证明，抑制转移RNA（tRNA）疗法可以在被罕见病毒感染的小鼠模型中治疗6个月后恢复蛋白质生产。

在HEK293细胞中，super - tRNAs抑制mIdua-W401X突变

根据《Nature》杂志上发表的一篇新论文，麻省大学医学院的基因治疗研究人员首次证明，在一种罕见的I型粘多糖病小鼠模型中，抑制转移RNA（tRNA）疗法可以在治疗6个月后恢复蛋白质生产。

Guangping Gao博士、Dan Wang博士及其同事报告了AAV传递的“无义抑制tRNA对过早终止密码子的作用”，简称AAV NoSTOP。这项研究支持开发一种新的抑制tRNA疗法工具箱，这种疗法可以潜在地恢复包括心脏、肌肉、大脑和肝脏在内的许多组织中的天然基因功能，从而缓解由过早终止密码子突变引起的遗传病。

基因替代和转基因治疗的重点是修复或重建有缺陷的遗传物质以产生治疗效果。目前的基因治疗方法面临着毒性、有害的靶向效应和有害的免疫反应等挑战。同时，基于CRISPR的系统等基因编辑设备可能很难交付，因为它们的尺寸和大多数交付机制的有限货物空间。由于tRNA疗法利用细胞天然的细胞蛋白质制造机制，且相对较小，因此它们具有恢复内源性基因调控的潜在优势，而这些挑战较少。然而，技术上的限制阻碍了科学家们对疾病动物模型中tRNA基因治疗的安全性、有效性和有效性进行正式研究。

“我们的研究是首次在人类疾病的动物模型中提供证据，证明基于tRNA的疗法可以安全地恢复基因表达，”RNA治疗学助理教授Wang博士说。“我们表明，在患病动物体内提供一个具有长期安全性和有效性的tRNA平台是可能的。通过在动物体内实现长期基因表达，抑制tRNA为建立针对广泛遗传疾病的基因疗法开辟了一个全新的机会。”

转移RNA在细胞内蛋白质的形成过程中起着关键作用。它们负责将各种氨基酸结合在一起，形成功能性蛋白质。与信使RNA（mRNA）类似，信使RNA携带以正确顺序组装氨基酸以形成蛋白质的指令，每个tRNA分子将氨基酸与正确的mRNA序列进行物理连接。这些tRNA与氨基酸结合，并将它们携带到细胞中名为核糖体的蛋白质制造机器中。在每个tRNA的顶端是一个反密码子，一个三核苷酸序列。这种反密码子对应于沿着mRNA链的互补序列。当核糖体“读取”mRNA时，tRNA负责将其氨基酸沿着mRNA序列移动，然后转移到正确的位置。

在每本mRNA说明书中都有一个叫做终止密码子的附加说明，它告诉核糖体机制蛋白质何时完成以及何时停止添加氨基酸。然而，在某些情况下，基因内的单核苷酸突变会导致核糖体过早停止构建蛋白质。这些过早终止密码子会产生不完整的蛋白质，这些蛋白质可能会对细胞产生毒性，或导致蛋白质不再能够执行其所需的功能。在某些情况下，会导致毒性和功能丧失。

“大约11%的遗传病是由单核苷酸突变引起的，这种突变会导致过早终止密码子，”合著者Gao博士解释说。“有可能设计一个治疗平台，使用抑制性tRNA疗法来治疗因过早终止密码子而形成的其他疾病。这将包括某些类型的囊性纤维化和肌营养不良。”

Wang和Gao开发了一种抑制tRNA，使核糖体机制跳过这些过早终止密码子，使蛋白质制造装置继续构建完整的功能性蛋白质。研究人员通过重组腺相关病毒（rAAV）将其tRNA疗法应用于名为IDUA基因突变的小鼠，结果表明，可以恢复功能性蛋白质水平，并且没有观察到任何副作用。

IDUA基因突变导致溶酶体储存障碍粘多糖病I型。IDUA基因为产生一种名为α-L-iduronidase的酶提供指导，该酶对分解称为糖胺聚糖（GAG）的大糖分子至关重要。缺乏α-L-伊杜隆酶活性导致硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素在溶酶体中积累。研究人员认为，积累的GAG还可能干扰溶酶体内其他蛋白质的功能，并破坏细胞内分子的运动。

Gao和Wang选择在I型粘多糖病上测试他们的AAV NoSTOP，因为该疾病的生化效应存在于全身，允许对多种组织类型进行研究。

尽管tRNA技术已经存在了40多年，但由于无法评估修改tRNA序列的生化影响，将该技术转化为治疗手段的步伐已经放缓。Wang和Gao能够利用新开发的核糖体分析和tRNA测序技术，对他们的结果进行生化检验，并评估潜在的脱靶效应。

研究结果支持了抑制tRNA可以恢复正常蛋白质生产的观点。这样一个平台将消除传递可能超过AAV载体包装极限的全长基因的需要，并避免由CRISPR相关蛋白等基因编辑技术引起的有害免疫反应。

“当与针对不同组织开发的基于AAV的基因传递技术相结合时，AAV NoSTOP平台将成为开发基于基因疗法的潜在有价值的临床补充，”Gao说。

参考文献

AAV-delivered suppressor tRNA overcomes a nonsense mutation in mice