無義突變是遺傳密碼中的單字母錯(cuò)誤，過早地停止了關(guān)鍵蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。這些未完成的蛋白質(zhì)不能正常發(fā)揮功能，無義突變導(dǎo)致所有遺傳性疾病的10-15%，包括杜氏肌營養(yǎng)不良癥，脊髓性肌萎縮癥，囊性纖維化和多囊腎病。對(duì)于這些通常具有破壞性的病癥目前尚無治愈或廣泛有效的治療方法，這些病癥個(gè)別罕見，但據(jù)估計(jì)全世界共有多達(dá)3000萬人受到影響。

由愛荷華州卡佛醫(yī)學(xué)院的Christopher Ahern博士領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究揭示了一種新方法和強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)，用于利用工程轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)分子抑制無義突變。Ahern，他的UI同事，費(fèi)城Wistar研究所的合作者，馬薩諸塞州列克星敦的囊性纖維化基金會(huì)治療實(shí)驗(yàn)室和愛荷華州Coralville的Integrated DNA Technologies公司的研究表明，修飾的tRNA可以高效，準(zhǔn)確地修復(fù)任何氨基酸的無義突變。該研究結(jié)果于2月18日在Nature Communications上發(fā)表。

“由于無義突變會(huì)導(dǎo)致各種嚴(yán)重的危及生命的疾病，因此在有這些遺傳性遺傳改變的人群中有效地修復(fù)這些終止密碼子存在顯著的未滿足的醫(yī)學(xué)需求，”分子生理學(xué)和生物物理學(xué)的UI教授Ahern說道。愛荷華州神經(jīng)科學(xué)研究所。“我們獨(dú)特的基因治療方法利用了翻譯過程的內(nèi)在保真度，但重新設(shè)計(jì)了tRNA，將引起疾病的停止信號(hào)轉(zhuǎn)換回正確的氨基酸?；旧?，我們的反密碼子工程tRNA技術(shù)將'停止'轉(zhuǎn)變?yōu)?#39;gos'希望有一天可以用來糾正人們?nèi)毕莸幕蛐蛄小?ldquo;

將遺傳密碼轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的過程稱為翻譯。轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)與信使RNA的藍(lán)圖代碼匹配，并以正確的順序提供正確的氨基酸以構(gòu)建蛋白質(zhì)。指示氨基酸順序的信使RNA的代碼序列稱為密碼子。tRNA上的匹配序列稱為反密碼子。

在每個(gè)蛋白質(zhì)編碼序列的末尾有一個(gè)遺傳終止信號(hào) - 終止密碼子 - 告訴蛋白質(zhì)生產(chǎn)機(jī)器停止。當(dāng)遺傳序列中的錯(cuò)誤將蛋白質(zhì)中間的氨基酸密碼子轉(zhuǎn)變?yōu)榻K止密碼子時(shí)，就會(huì)發(fā)生無義突變。

Ahern和他的UI團(tuán)隊(duì)，包括現(xiàn)任羅切斯特大學(xué)的首席研究作者John Lueck博士，系統(tǒng)地測(cè)試了工程化的tRNA分子是否能夠修復(fù)20種天然氨基酸中的每一種的過早終止密碼子。高通量篩選有效地鑒定了針對(duì)每種氨基酸和終止密碼子類型的多種有效工程化tRNA。

為了證明該方法可以在更復(fù)雜和生理相關(guān)的系統(tǒng)中起作用，Ahern實(shí)驗(yàn)室成員，以及囊性纖維化基金會(huì)治療學(xué)(CFFT)實(shí)驗(yàn)室的合作者和Wistar研究所的David Weiner博士的實(shí)驗(yàn)室表明，工程化的tRNAs當(dāng)編碼和配制用于有效遞送時(shí)，以高水平表達(dá)并且有效地校正活小鼠肌肉組織中的無義突變。有趣的是，tRNA活性在遞送形式中持續(xù)數(shù)周，這表明這種可持續(xù)的基因治療方法可能有一天可能在臨床中使用。

重要的是，位于醫(yī)學(xué)博士William Skach的CFFT實(shí)驗(yàn)室的研究小組表明，tRNA在其活性中具有選擇性，并且不影響正常終止密碼子，這些密碼子標(biāo)志著蛋白質(zhì)序列的真正結(jié)束。

在用戶界面，Ahern與博士后研究員Lueck和Danny Infield博士以及兒科和囊性纖維化專家UI教授Paul McCray博士表示，這種方法可以糾正引起CF的無義突變，并準(zhǔn)確生成功能性CFTR蛋白。

“我喜歡這項(xiàng)研究的是，許多具有不同專業(yè)知識(shí)的不同實(shí)驗(yàn)室都在各種環(huán)境中驗(yàn)證了我們的工程化tRNA技術(shù)，”Ahern說。“這表明這種方法很有效。”

雖然他對(duì)反密碼工程tRNA治療由無義突變引起的疾病的可能性感到興奮，但Ahern指出，有許多科學(xué)問題需要解決，需要克服技術(shù)障礙才能找出這種方法是否可以轉(zhuǎn)化為人類治療方法。

“對(duì)于由無義突變引起的許多疾病，甚至糾正一小部分突變蛋白質(zhì)也足以對(duì)患者起到治療作用，”埃亨說。“如果這可以作為人類治療，我們將有辦法針對(duì)每一種已知的終止密碼子疾病。”