IF=63.714!丨mRNA高分文献不容错过

2021年8月19日,张锋团队在学术期刊science上发表了题为:mammalian retrovirus-like protein peg10 packages its own mrna and can be pseudotyped for mrna delivery 的研究论文。
研究团队开发了一种全新的rna递送平台——send(selective endogenous encapsidation for cellular delivery),send的核心是逆转录病毒样蛋白peg10,它能够与自身的mrna结合并在其周围形成球型保护囊。研究团队将其改造设计后用来包装和递送rna,使用send系统将crispr-cas9基因编辑系统递送给小鼠和人类细胞并成功编辑了目标基因,这将为基因治疗提供一种全新的递送载体。send系统是利用人类内的组分自组装为病毒样颗粒,与其他递送载体相比,所引起的免疫反应更少,更具安全性。
哺乳动物细胞形成gag同源物的计算筛选
为了鉴定具有转移特定核酸潜力的基因,研究人员专注于包含核心衣壳(ca)结构域的gag同源物,该结构域保护逆转录转座子和外源逆转录病毒的基因组。基因组分析确定了哺乳动物基因组中的许多内源性gag同源物,形成分泌在细胞外囊泡内的衣壳样颗粒(evs)。
图1 鉴定形成衣壳并被分泌的哺乳动物逆转录元件衍生的gag同源物
mmpeg10 结合并分泌其自身的mrna
为了确定这些蛋白质是否在ev内分泌,研究人员在人胚胎肾(hek)293 ft细胞中过表达每个含ca基因的表位标记小鼠直向同源物,并收集全细胞裂解物和病毒样颗粒(vlp)。
图2 mmpeg10蛋白和mrna在体外由细胞分泌到囊泡中
结果表明,mmmoap1、mmarc、mmpeg10和mmrtl1都存在于vlp级分中,但mmpeg10是vlp级分中丰富的蛋白质。此外,内源性mmpeg10,很容易在无细胞成年小鼠血清中检测到。
接下来,研究人员使用rna测序测试了由gag同源物形成的任何衣壳样颗粒是否包含特定的mrna。发现mmpeg10转录激活导致可观数量的全-vlp部分中的长度mmpeg10 mrna转录本。
图3 带有mmpeg10的5和3’utr的侧翼mrna能够将mrna功能性地细胞间转移到靶细胞中
peg10是一个进行rna传递的模块化平台
为了生成内源性的send系统,研究人员测试了vsvg是否可以被内源性融合跨膜蛋白替代。鉴于mmpeg10/hspeg10和合胞素基因的重叠组织表达,还测试了用mmsyna或mmsynb对小鼠send系统进行假型与使用vsvg进行假型的可行性。结果表明,这种细胞类型适合通过这些融合素进行转导。
研究人员将转导增强剂vectofusin-1添加到mmsyna和mmsynb颗粒的上清液中,以增强体外转导。在这些原代细胞中,vsvg和mmsyna都启用了send介导的mm.cargo(cre)功能转移,而mmsynb则没有。
同样,这种包装是高度特异性的,因为只有utr侧翼的mrna[即mm.cargo(cre)]被功能转移。与mmsyna一起,send可以配置为功能基因转移的完quan内源系统。
图4 send 是一个模块化系统,能够将基因编辑工具传递到人类和小鼠细胞中
之后研究人员开始探索mmpeg10介导的mmpeg10 rna在神经元中的内源性作用。携带天然peg10转录本的mmsyna假型vlp的功能转移到原代小鼠皮层神经元,导致许多参与神经发育的基因上调。
为了进一步表征该系统组件的模块化,研究人员测试了不同的货物rna。测试了send 是否可以介导大约5kb mm.cargo(spcas9)的功能转移到n2a细胞系中,这些细胞系组成性表达针对mmkras的单一向导rna(sgrna)。
send能够在功能上转移spcas9,导致受体细胞中约60%的插入和缺失(indels);与cre的结果相似,send是特异性的,只能有效地功能转移spcas9,两侧是全长或优化的peg10 utr序列。
为了创建用于递送sgrna和spcas9的多合一载体,研究人员测试了send是否可以有效递送sgrna。并将它们与表达cas9的n2a细胞一起孵育;即使直接转染向导显示强大的插入缺失形成,也可以检测到非常少的活性。
图5 send是一个模块化系统,能够将基因编辑工具传递到人类和小鼠细胞中
作者表示send技术可以补充现有的病毒递送载体和脂质纳米颗粒,以扩展向细胞递送基因和编辑疗法的工具箱。
参考文献:
1.segel m, lash b, song j, ladha a, liu cc, jin x, mekhedov sl, macrae rk, koonin ev, zhang f. mammalian retrovirus-like protein peg10 packages its own mrna and can be pseudotyped for mrna delivery. science. 2021 aug 20;373(6557):882-889.
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