RNA编辑技术领域的竞争愈演愈烈

CRISPR基因编辑可以提供一个一劳永逸的治疗方法,但是一些研究员担心,如果 CRISPR 在错误的位点切割 DNA,其损害也可能是永久性的。而编辑RNA则不存在 DNA编辑的风险。

事实上,我们的身体就有一种编辑RNA的巧妙工具:腺苷脱氨酶(ADAR)。这种酶将构成信使RNA(mRNA)的腺苷(A)碱基转换成肌酐,细胞会将肌酐等同于鸟苷(G)。

RNA编辑现在受到了至少十几家公司的关注。尽管大多数这些公司最初的目标是为了治疗遗传性疾病,但许多公司已经在梦想着RNA编辑的更多创造性应用,例如引入突变来破坏蛋白质之间的相互作用。在过去的几年里,这个领域已经真正开始成熟,其发展速度令人难以置信。

与DNA标志性的双链螺旋相反,RNA分子通常没有任何空间结构。但有时 RNA 链的一部分会回环与自身配对,从而形成可被ADAR结合的双链区域。ADAR 将腺苷转化为肌苷,科学家称之为 A-to-I编辑。当以mRNA为模板翻译蛋白质时,细胞会将肌苷解释鸟苷,从而使 ADAR作用的最终结果成为A-to-G编辑。有几种方法可以控制编辑发生的位置,但普遍的思路是创建一个结合域,将 ADAR 吸引到RNA链上的正确位置。

在向导 RNA 中添加人工核苷酸或进行化学修饰可以进一步改进编辑。这一研究领域将受益于40多年来对反义寡核苷酸的研究,反义寡核苷酸是人工合成的单链RNA分子,与mRNA结合以抑制蛋白质的合成。

成立于2018年的Shape公司就是以ADAR为基础,通过导向RNA指导ADAR在精确位置进行A-to-G编辑。科学家们估计,A到G的编辑可以修复导致近50%遗传疾病的突变。

2021年8月,Shape公司和罗氏达成协议,研发RNA编辑疗法,用于治疗多种疾病,包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。两周后,荷兰生物技术公司ProQRTherapeutics宣布其已经与礼来达成了关于他们的RNA编辑技术的合作关系,以开发肝脏和神经系统疾病的疗法。

大多数公司,包括ProQR公司Wave公司,都在计划像反义寡核苷酸药物一样将向导RNA直接注射到眼睛治疗视力疾病;静脉注射治疗肝脏疾病,以及注射到脊髓液治疗大脑疾病。与CRISPR不同的是,理论上CRISPR会对DNA进行永久性改变,而RNA编辑将只会持续向导RNA分子留在体内的这段时间,可能是几周到几个月的时间。

EdiGene公司和Shape公司计划使用腺相关病毒载体将一组 DNA指令传递到体内,使细胞能够永久地制造向导 RNA。这将使RNA编辑转变为一种基因疗法。

大多数公司都计划首先在遗传疾病中尝试它们的 RNA编辑技术。Shape公司已经披露了一份它认为可以用其RNA编辑技术解决的三十多个疾病相关基因的清单。例如通过编辑激酶LRRK2中一个相对常见的突变治疗遗传性帕金森病。

ADARx Pharmaceuticals, Korro Bio 和 Wave公司正在利用RNA 编辑来解决α-1-抗胰蛋白酶缺乏症。

Roche 和 Shape 希望使用 RNA 编辑来选择性地破坏两种蛋白质之间的相互作用,这是传统小分子难以做到的。管两家公司没有透露具体的研究目标,但可能专注于研究两类酶:分泌酶和激酶。激酶通过向蛋白质上的特定氨基酸添加磷酸基团来激活或灭活其他蛋白质。分泌酶在特定位点切割蛋白质以改变其功能。RNA 编辑不是直接针对激酶或分泌酶,而是可以改变酶所作用的蛋白质上的单个氨基酸。例如,γ-分泌酶可切割90 多种蛋白质,其中一种蛋白质与阿尔茨海默病有关。理论上,RNA 编辑可以在不破坏γ-分泌酶的其他功能的情况下去除阿尔茨海默氏症相关蛋白质上的切割位点。

转录因子是一类开启或关闭基因的蛋白质,小分子药物也难以靶向转录因子。Wave公司使用 RNA 编辑来改变一个关键氨基酸,以阻止转录因子 Nrf2 与其阻遏因子 Keap1 之间的相互作用。

RNA 编辑还可用于“设计保护性突变”以预防疾病,尽管这不是目前的研究重点。

Vico Therapeutics公司正在开发针对脑部疾病的 RNA 编辑疗法。

目前,研发 RNA 编辑疗法的公司都处于临床前阶段。  可能最快会在 2022 年下半年开始临床试验。

研究机构科学家的研究表明,向导RNA 通常只会刺激细胞中的低水平编辑。但Wave 公司表示它可以编辑猴子体内50% 的目标 mRNA,但结果尚未在同行评审的期刊上发表。

编辑效率的改进将在很大程度上依赖于更好的向导 RNA 的研发。Shape 公司正在采用高通量筛选方法,针对单个腺苷测试 250,000 到 500,000 个具有独特序列的向导 RNA,以确定能够进行最有效和最专一编辑的向导 RNA。然后将这些结果反馈到其机器学习程序中,从而设计向导 RNA。

即使该领域解决了 A-to-G 编辑的问题,一些研究人员仍在尝试扩大基础编辑的范围。例如,超过 10% 的遗传疾病是由突变引起的,其中 mRNA 中错误的尿苷碱基使细胞不能表达蛋白质。2011 年,在罗彻斯特大学医学中心,Yi-Tao Yu 发现了一种方法,可以将那些错误的尿苷转化为一种假尿苷,从而恢复蛋白质的生成。该方法使用向导 RNA来指导假尿苷合酶的酶在特定位点进行编辑。

尽管Yu的工作首次发表在十于年前,但最近很多人对他的技术产生了浓厚的兴趣,并有四家风险投资公司与他取得了联系。COVID-19 疫苗激发了人们对该技术的兴趣。由于 mRNA 疫苗的成功,RNA 编辑也正在变得炙手可热。

参考资料:https://cen.acs.org/pharmaceuticals/drug-discovery/RNA-editing-race-intensifies-Big/99/i39