環(huán)形RNA是共價(jià)閉合的單鏈RNA，具備特殊的空間構(gòu)象。工程化體外環(huán)化的RNA（ivcRNAs），正在發(fā)展為具有潛力的新型RNA藥物平臺(tái)。環(huán)形RNA作為表達(dá)載體，因缺乏5’端帽子結(jié)構(gòu)，通常依賴病毒來(lái)源的內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（IRES）啟動(dòng)翻譯進(jìn)程，但目前缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明環(huán)形RNA中的IRES結(jié)構(gòu)功能是否受到編碼序列的影響。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心等團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)層面發(fā)現(xiàn)，環(huán)形RNA中IRES序列與其驅(qū)動(dòng)的編碼序列（cargo）之間的相互作用影響IRES結(jié)構(gòu)的完整性，進(jìn)而調(diào)控環(huán)形RNA的翻譯效率。研究提出，IRES-cargo的相互作用是評(píng)估環(huán)形RNA翻譯能力的重要指標(biāo)，為理性設(shè)計(jì)高效翻譯性能的環(huán)形RNA分子奠定了理論與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

　　研究基于高效的自剪接成環(huán)系統(tǒng)，構(gòu)建了不同病毒來(lái)源IRES以及相同熒光素酶報(bào)告基因的ivcRNAs。研究同時(shí)利用相關(guān)技術(shù)，在活細(xì)胞中直接解析長(zhǎng)鏈環(huán)形RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。為驗(yàn)證IRES與cargo之間不利的相互作用會(huì)損害IRES結(jié)構(gòu)并抑制翻譯，研究設(shè)計(jì)了定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)，在cargo區(qū)或IRES結(jié)構(gòu)域IV引入點(diǎn)突變，以構(gòu)建不同突變類型的ivcRNAs。分析顯示，這些突變阻斷了IRES與cargo間的堿基配對(duì)，恢復(fù)了SV-A結(jié)構(gòu)域IV的十字形構(gòu)象?；诖?，研究通過(guò)定量指標(biāo)，量化SV-A結(jié)構(gòu)變化。修復(fù)SV-A結(jié)構(gòu)后，gE蛋白表達(dá)完全或部分恢復(fù)，且表達(dá)水平與IRES結(jié)構(gòu)域IV的結(jié)構(gòu)完整性呈強(qiáng)正相關(guān)。

　　研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)形RNA中IRES元件的結(jié)構(gòu)折疊并非獨(dú)立存在，而是受到其驅(qū)動(dòng)的cargo序列的影響。當(dāng)IRES與cargo之間發(fā)生不利的相互作用時(shí)，IRES的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域被破壞，從而抑制翻譯活性、降低蛋白質(zhì)產(chǎn)量。因此，未來(lái)在工程化環(huán)形RNA的理性設(shè)計(jì)中，除關(guān)注IRES本身翻譯效率和cargo序列的密碼子優(yōu)化外，需將IRES-cargo相互作用作為關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)避免或解除IRES與cargo之間的不利配對(duì)，維持IRES結(jié)構(gòu)的完整性，以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的蛋白質(zhì)表達(dá)，助力環(huán)形RNA療法的臨床轉(zhuǎn)化。

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《細(xì)胞研究》（Cell Research）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部和中國(guó)科學(xué)院等的支持。

IRES-cargo的相互作用，破壞IRES結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而抑制ivcRNA蛋白表達(dá)，解開IRES-cargo之間的不利配對(duì)后恢復(fù)SV-A的高效翻譯能力