小辉搞科技|金秋9月结硕果｜盘点生物研究进展新型递送载体类脂纳米颗粒基于信使核糖

新型递送载体类脂纳米颗粒
基于信使核糖核酸（mRNA）的疗法在各种疾病的治疗方面显示出广阔的应用前景。例如，在临床试验中， mRNA介导的蛋白替代疗法已用于治疗几种蛋白缺陷性疾病。体外转录（IVT）的mRNA可以通过内在的蛋白合成途径恢复细胞内跨膜蛋白、分泌蛋白等的功能。此外， Cas9mRNA与单链先导RNA（sgRNA）的结合进一步将mRNA的应用范围扩展到了基因编辑应用领域。其中，单碱基基因编辑技术为基因编辑领域的新兴技术，在无须切割DNA双链的前提下，通过工程改造的Cas9蛋白在基因靶位点处对置换单核苷酸。该技术有望纠正基因组中与疾病相关的点突变，推动mRNA疗法在基因治疗中的应用。
然而， mRNA分子易受生物系统中广泛存在且高度带负电的核糖核酸酶的破坏，所以迫切需要合适的体内mRNA递送系统。为了能够有效保护和递送mRNA ，研究人员构建了许多生物相容性载体，如脂质纳米颗粒（LNP）、聚合物纳米颗粒、肽/蛋白质-mRNA复合物和其他类型的生物材料。在这些生物相容性载体中，脂质衍生的纳米材料是目前广泛介导mRNA递送的生物材料之一。然而，基于这种纳米材料递送mRNA的效率和安全性仍是临床应用需要解决的难题之一。
美国俄亥俄州立大学药学院的研究人员设计了一种用于高效并安全递送mRNA的生物兼容性类脂类纳米颗粒（LLNs），为血友病的基因治疗提供了可靠工具。研究人员基于之前曾报道的TT3类脂类纳米材料，以三-3-氨基-1,3,5-苯甲酰胺为核心的化学结构，引入可调水解速率的系列酯基侧链。研究人员通过将TT3的核心结构与不同类型的可生物降解脂质链相结合，设计了一系列功能化的TT（FTT）LLNs ，通过体外和体内试验筛选了它们的递送效率，并确定了性能最高的材料FTT5LLNs 。经FTT5LLNs递送的长度约为4.5kb的体外凝血因子VIIImRNA可在递送后12小时恢复A型血友病小鼠模型中的凝血因子水平。此外，研究人员对FTT5LLN的体内mRNA传递和碱基编辑能力进行了评估。研究结果显示， FTT5LLNs可高效递送长度约为5.5kb的碱基编辑Cas9mRNA与sgRNA ，在低剂量下即可完成对PCSK9的特异性编辑。相关研究成果发表在国际期刊《科学进展》（ScienceAdvances）上
总之，该研究设计开发了一类生物兼容性类脂类纳米颗粒，推动mRNA治疗领域的发展。

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原文请参见：
https://advances.sciencemag.org/content/6/34/eabc2315
抑制关键DNA感受器活性的机制研究
环状GMP-AMP合酶（cGAS）感知病原DNA的入侵并刺激炎症信号、自噬和凋亡。已有研究显示，核小体可以限制cGAS发挥功能，但其潜在机制尚不清楚。
美国北卡罗莱纳大学的研究人员通过冷冻电子显微镜技术确定了先天免疫系统中一种称为cGAS的关键DNA感应蛋白的高分辨率结构：该结构与核小体结合，而核小体是包装在细胞核内的所有重要DNA单元。该研究详细揭示了细胞内的核小体如何阻止因cGAS无意触发人体对自身DNA的天然免疫反应。相关研究成果发表在国际期刊《科学》（Science）上。
在哺乳动物的先天免疫系统中， cGAS可检测外源或受损的DNA 。在检测到DNA后， cGAS合成环状GMP-AMP（cGAMP），以第二信使信号分子的形式激活cGAS-STING信号通路来对抗感染及相关疾病。由于cGAS是通用DNA的传感器，所以必须对其进行调节，以将病原体DNA与人体自身的DNA区分开，以避免任何意外的免疫反应。研究人员通过冷冻电子显微镜技术确定了cGAS与核小体复合物的0.33纳米分辨率结构。该结构表明， cGAS通过两个保守氨基酸将其锚定到核小体表面的带负电荷的“贴片”上，蛋白与蛋白间的相互作用使核小体占据了cGAS上关键的DNA感应表面，阻止了cGAS进入其功能活跃的与DNA结合的状态。研究人员介绍，对细菌和病毒病原体中的外源DNA进行检测和响应是宿主防御的最基本机制之一，这对以cGAS这种DNA传感器为目标的治疗方法的基础研究发提供一定的结构基础。