分享一篇发表在Nature Biotechnology上的文章，文章的题目是“Branched chemically modified poly(A) tails enhance the translation capacity of mRNA”，通讯作者是来自美国麻省理工化学系的王潇助理教授，其研究方向是开发和应用新的化学，生物物理和基因组工具，以更好地了解组织功能和障碍的分子机制。
信使mRNA由于其可编程、可扩展和易于设计合成等特性，被用于酶替代、抗体治疗和基因编辑等疗法，但是传统的mRNA药物存在不稳定、表达效率低等问题，可能需要导致细胞毒性的高剂量。为了解决这一难题，研究者致力于提高mRNA翻译的持续时间和整体蛋白表达量。现有的mRNA疗法由于受到3’端外切酶介导的降解，半衰期较短，此前研究者设计环状RNA试图规避降解，但其依赖内部核糖体进入位点介导翻译，因此翻译效率较低；且由于非天然核糖核酸会影响二级结构，从而抑制反向剪切环化，因此无法可控引入化学修饰，而自我复制mRNA也存在低效且免疫原性的问题，因此研究者致力于开发保留5’端帽结构的策略。mRNA翻译依赖于5’端帽结构和3’端 poly(A)尾。其中真核翻译起始因子eIFs识别mRNA的5’端帽结构形成翻译起始复合体，而PABP蛋白识别mRNA的poly(A)尾，并与5’端起始复合体相互作用形成伪环状结构从而高效地产生蛋白，其不仅通过招募转录起始因子起始翻译，同时可以稳定mRNA结构。该课题组此前用T4 RNA连接酶在poly(A)尾部位点特异性地引入具有核酸外切酶抗性的化学修饰，显著提高了mRNA的稳定性。由于PABP蛋白常以多聚体结合poly(A)尾，作者猜测通过引入多条末端修饰的poly(A)尾或可以更好的保护其不被降解，从而提升翻译效率。由此，作者设计合成了带帽的化学修饰枝状寡聚核糖核酸，先合成带有叠氮或炔基的寡聚核糖核酸，后续利用铜催化的点击化学反应产生枝状结构，通过高效液相色谱提纯后，用T4 RNA连接酶将其接入体外转录合成的全长mRNA。通过mRNA编码的荧光素酶测试，作者发现带有三条枝状结构的poly(A)可在HeLa细胞内产生明显提高的荧光信号。后续作者利用此体系向小鼠中递送Cas9蛋白，成功实现了较高的基因敲除效率。为了解析机制，作者使用了该课题组研发的空间原位RNA检测方法STARmap来检测整体RNA数量，RIBOmap来检测被核糖体结合的RNA数量，以比值来计算相对翻译效率。作者发现随着时间增加，带有多条poly(A)尾和化学修饰的mRNA具有更高的翻译效率，在小鼠内也观察到同样的趋势。总之，此文章通过引入枝状化学修饰poly(A)尾，增强了mRNA的翻译能力和蛋白质表达水平。作者展示了此技术在小鼠肝脏中的高效基因组编辑能力，为mRNA疗法的发展提供了新的思路。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41587-024-02174-7文章引用：10.1038/s41587-024-02174-7
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