修飾的信使RNA成分改變編碼的蛋白質(zhì)

  • 2024 - 01 - 24
論文標題圖

隨著信使RNA技術(shù)的不斷進步,兩種靶向SARS-CoV-2的mRNA疫苗在應(yīng)對COVID-19大流行中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。這些疫苗所使用的mRNA并不是由細胞自然制造轨蛤,而是通過實驗室的體外轉(zhuǎn)錄(IVT)技術(shù)制備的晨汹。深入了解IVT mRNA在翻譯過程中如何編碼蛋白質(zhì)的細節(jié),特別是核糖體和轉(zhuǎn)移RNA介導(dǎo)的蛋白質(zhì)產(chǎn)生機制桃漾,對于未來應(yīng)用此類技術(shù)具有重要意義坏匪。Mulroney等人的一項研究揭示了核糖體在特定條件下可以在經(jīng)過化學(xué)修飾的核苷成分序列上停滯,這些序列被稱為“滑溜溜”序列撬统。這種停滯可能會導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)品的異常适滓,從而引發(fā)意想不到的后果。在核苷修飾的mRNA疫苗和其他非疫苗治療性RNA的應(yīng)用背景下恋追,這一發(fā)現(xiàn)為未來的研究和應(yīng)用提供了重要的警示凭迹。

Mulroney和其同事設(shè)計了一種特殊的IVT mRNA報告基因系統(tǒng),以研究m1Ψ修飾對mRNA翻譯準確度的影響苦囱。這個系統(tǒng)用于識別一種特定的翻譯誤差嗅绸,稱為+1移碼。當(dāng)核糖體在處理mRNA“滑移”時撕彤,導(dǎo)致它錯過了原本應(yīng)解碼氨基酸的三個核苷酸中的第一個鱼鸠。在這種情況下,序列中的第二個核苷酸取而代之,成為新的密碼子的第一個核苷酸蚀狰。新的密碼子現(xiàn)在包含了第三個核苷酸愉昆,而這個核苷酸通常是下一個密碼子的一部分。此后每個密碼子都受到影響造锅,原本在正常編碼序列中應(yīng)被翻譯的核苷酸被“移出框外”撼唾,導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與預(yù)期不符。

作者的研究數(shù)據(jù)揭示哥蔚,m1Ψ 修飾能夠?qū)е?1幀移現(xiàn)象倒谷,這一影響達到了約8%的水平,與框內(nèi)蛋白質(zhì)的相應(yīng)量相當(dāng)糙箍。幀移會導(dǎo)致蛋白質(zhì)出現(xiàn)錯誤折疊渤愁、截短或其他異常情況,未修飾的mRNA或其他核苷修飾物(如5-甲基胞苷)并未觀察到這一現(xiàn)象深夯。在針對SARS-CoV-2病毒的mRNA疫苗中抖格,例如BNT162b2(由輝瑞/BioNTech開發(fā))和mRNA-1273(由Moderna開發(fā)),均使用了含有m1Ψ修飾的mRNA咕晋。為了進一步探究+1移碼對mRNA疫苗誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)的影響雹拄,作者對動物和人類T細胞中的SARS-CoV-2刺突特異性反應(yīng)進行了檢查,解決了 +1 移碼是否會影響 mRNA 疫苗誘導(dǎo)的免疫掌呜。

作者對成年果蠅腸道腫瘤進行了研究滓玖,這些腫瘤在表達一種進化上保守的轉(zhuǎn)錄因子蛋白Yorkie-Yap / Taz(激活形式稱為Yki)后形成。這些腫瘤會導(dǎo)致與腹腔積液相關(guān)的嚴重惡病質(zhì)綜合征质蕉,稱為腹脹势篡,這是液體排泄受損的跡象。通過阻斷ISC衍生腫瘤中編碼配體的基因表達模暗,作者確定了一種名為ITP的抗利尿激素(減少尿量的激素)作為腫瘤相關(guān)腹脹的有效誘導(dǎo)劑禁悠。他們發(fā)現(xiàn),這種激素既不影響腫瘤生長兑宇,也不影響其他消耗綜合征碍侦。

編碼氨基酸圖

與抗病毒保護相關(guān)有兩個關(guān)鍵的免疫特征與保護作用密切相關(guān),抗體反應(yīng)和T細胞反應(yīng)的誘導(dǎo)顾孽。在抗原呈遞過程中祝钢,樹突狀細胞這一特殊的免疫細胞起著至關(guān)重要的作用。它們利用跨越抗原長度的肽片段(這些肽片段是驅(qū)動免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)部分)來激發(fā)T細胞反應(yīng)若厚。值得注意的是拦英,+1 移碼蛋白的產(chǎn)生可能會引發(fā)意外的肽呈遞,進而啟動脫靶的T細胞反應(yīng)测秸。

作者對接種BNT162b2疫苗的小鼠的T細胞反應(yīng)與接種非mRNA疫苗ChAdOx1 nCoV-19的小鼠的T細胞反應(yīng)進行了比較疤估。研究發(fā)現(xiàn)灾常,兩種疫苗均能引發(fā)T細胞對SARS-CoV-2刺突蛋白產(chǎn)生的肽的反應(yīng)。然而铃拇,BNT162b2疫苗免疫的小鼠還出現(xiàn)了對+1移碼刺突肽的T細胞反應(yīng)钞瀑,而ChAdOx1疫苗免疫的小鼠則未出現(xiàn)這種反應(yīng)。

通過研究接種了BNT162b2或ChAdOx1疫苗的個體慷荔,進一步證實了這些發(fā)現(xiàn)雕什。兩種疫苗均能夠引發(fā)針對框內(nèi)肽的T細胞反應(yīng)。然而显晶,BNT162b2疫苗還誘導(dǎo)了對+1移碼肽的T細胞反應(yīng)贷岸。這表明,在翻譯過程中缺乏保真度可能導(dǎo)致疫苗蛋白質(zhì)輸出的不均勻性磷雇,進而產(chǎn)生未曾預(yù)料到的后果偿警。這種不均勻性可能導(dǎo)致脫靶免疫反應(yīng),并可能對疫苗的有效性產(chǎn)生影響唯笙。目前沒有證據(jù)表明這種現(xiàn)象與COVID-19 mRNA疫苗的安全問題有直接關(guān)聯(lián)螟蒸。通過一系列許可后的監(jiān)測系統(tǒng),包括疫苗不良事件報告系統(tǒng)崩掘、疫苗安全數(shù)據(jù)鏈和臨床免疫安全評估項目等七嫌,均未發(fā)現(xiàn)與此現(xiàn)象相關(guān)的安全問題。

作者研究發(fā)現(xiàn)苞慢,mRNA的翻譯速率并不是在轉(zhuǎn)錄本的長度上恒定的抄瑟。這主要是因為在蛋白質(zhì)合成過程中,與mRNA密碼子匹配并提供特定氨基酸的轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)的豐度存在差異枉疼。這意味著核糖體在某些特定的mRNA序列上可能會停滯不前,尤其是那些缺乏相應(yīng)tRNA的“滑溜溜”序列鞋拟。這種停滯可能導(dǎo)致+1移碼骂维,從而使得更豐富的tRNA得以結(jié)合,進而影響蛋白質(zhì)的合成和功能贺纲。

利用標記的核苷酸進行追蹤航闺,研究者發(fā)現(xiàn)m1Ψ修飾的mRNA的翻譯速度明顯慢于未修飾的mRNA。如果m1Ψ修飾的密碼子導(dǎo)致核糖體停滯猴誊,那么擴大可用的tRNA庫應(yīng)能預(yù)防這種停滯現(xiàn)象潦刃。使用能夠結(jié)合不匹配 tRNA 的藥物巴龍霉素,實驗結(jié)果顯示懈叹,這種藥物治療顯著提高了m1Ψ修飾的mRNA的翻譯速率乖杠,從而證實了核糖體停滯是導(dǎo)致翻譯效率降低的原因。

為了探討如何緩解核糖體停滯的問題澄成,研究者利用了他們的體外系統(tǒng)進行深入研究胧洒。他們在報告基因系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了可能導(dǎo)致核糖體停滯的“滑溜溜”序列畏吓,并針對這些序列進行了同義替換。這些替換改變了mRNA序列卫漫,但并沒有改變所編碼的氨基酸菲饼。這樣做的目的是在維持正確的氨基酸序列的同時,盡可能減小“滑溜溜”序列的影響列赎。實驗結(jié)果表明宏悦,經(jīng)過同義替換后的序列在體外減少了+1個移碼產(chǎn)物,這為改善核糖體停滯現(xiàn)象提供了有效的方法包吝。

這項研究對于開發(fā)修飾的mRNA產(chǎn)品具有深遠的意義饼煞。進一步評估 T 細胞和抗體對由 m1Ψ 修飾的 mRNA 疫苗編碼的疫苗抗原制成的 +1 移碼蛋白產(chǎn)物的反應(yīng)將提供信息。脫靶的T細胞或抗體反應(yīng)有可能錯誤地針對與疫苗無關(guān)的靶蛋白漏策,這不僅會影響產(chǎn)品的性能派哲,還可能導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生不必要的復(fù)雜性。Mulroney及其同事的研究為我們理解mRNA修飾序列的設(shè)計提供了一個重要的視角掺喻,這對于改進未來的疫苗設(shè)計至關(guān)重要芭届。有必要進行研究,以確認和擴展由mRNA修飾引起的體內(nèi)移碼的影響感耙,以及研究其他改善方法褂乍。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-023-06800-3

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