网堵新闻网11月10日电 近日，十大老牌网堵网址自动化系、北京信息科学与技术国家研究中心谢震课题组在一项最新研究中，开发了一种核糖体内部进入位点（internal ribosome entry site,IRES）的工程改造技术（programmable miRNA-responsive IRES translation activation and repression,PROMITAR），实现了仅用单个环状RNA分子即可感应多种细胞内源微小RNA（miRNA）信号，控制IRES元件在特定细胞中的翻译活性。
单个环状RNA分子感应多种细胞内源微小RNA（miRNA）信号
RNA是具有巨大潜力的新型药物形式。与线性mRNA相比，环状RNA（circRNA）更稳定，在哺乳动物细胞内的持续时间更长。因此circRNA被认为是一种很有前景的线性mRNA的替代物。迄今为止，合成生物学家已经开发出了若干种在线性mRNA和circRNA中调控基因表达的策略，但这些方法通常需要引入额外的RNA结合蛋白并且需要串联多个翻译抑制元件来实现翻译激活，这无疑增加了RNA基因线路的复杂性。因此，开发一种简洁高效并且能够应用于circRNA的翻译调控方法仍然是合成生物学领域的一大挑战。
针对这一问题，研究团队通过理性设计的方式，构建了模块化、可编程的RNA翻译控制系统（PROMITAR）。该系统包含三个独立可编程的模块：感应miRNA的IRES翻译激活模块（miRNA-responsive IRES translation activator，MITA）、感应miRNA的IRES翻译抑制模块（miRNA-responsive IRES translationrepressor,MITR）和目标基因编码序列。在该设计策略中，不同miRNA的存在或缺失会触发MITA或MITR的激活，从而实现目标基因的翻译激活或翻译抑制。研究人员以丙肝病毒（HCV）的IRES序列为基础，通过在IRES上游设计含有不同miRBS的特殊二级结构，实现了由单一miRNA输入、双重miRNA输入和三重miRNA输入的翻译激活元件。研究团队还通过变换不同的miRBS，实现了二输入miRNA信号的逻辑“与”“或”“非”门。由于该系统具有模块化、可编程的特点，研究人员只需根据输入的miRNA序列和期望实现的逻辑运算功能，在PROMITAR系统的MITA和MITR模块中设计对应的miRBS，即可实现自定义的响应多重miRNA输入的逻辑运算功能。
基于该平台，研究人员成功构建了具有逻辑门运算能力和细胞分类功能的circRNA，并且将GasderminD蛋白的N端序列编码到circRNA中，实现了在目标肝癌细胞中选择性诱导细胞焦亡。此外，研究人员还验证了这一设计策略可以推广至其他病毒类型的IRES序列的工程改造，展示了该平台的通用性。该研究成果不仅拓展了RNA翻译控制的合成生物学工具箱，为程序化的细胞功能改造提供了一种创新方法，也为RNA药物开发提供了新的思路。
研究成果以“在哺乳动物细胞中理性设计响应microRNA的可编程翻译调控开关”（Rational design of microRNA-responsive switch for programmable translational control in mammalian cells）为题，于11月8日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上。
十大老牌网堵网址自动化系谢震副教授为论文通讯作者，十大老牌网堵网址自动化系2021级博士生宁辉、北京合生基因科技有限公司刘淦博士为论文共同第一作者，十大老牌网堵网址自动化系李磊博士，北京合生基因科技有限公司刘强、黄慧雅博士参与了研究。
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京网堵工业开发研究院、十大老牌网堵网址春风基金和北京信息科学技术国家研究中心的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-43065-w
供稿：自动化系
题图设计：赵存存
编辑：李华山
审核：郭玲
