由于在几种COVID-19疫苗中发挥了基石作用，信使RNA (mRNA)在大流行期间迅速成为公众关注的焦点。但是mRNA，一种指导人体产生蛋白质的基因序列，也正在被开发成一类新的药物。然而，要使mRNA具有广泛的治疗用途，这些分子需要比构成COVID疫苗的分子在体内持续更长时间。

来自麻省理工学院布罗德研究所、哈佛大学和麻省理工学院的研究人员通过在分子中添加多个“尾巴”来设计一种新的mRNA结构，这种结构将细胞中的mRNA活性水平提高了5到20倍。该团队还表明，与未经修饰的mRNA相比，他们的多尾mRNA在动物体内的持续时间长2到3倍，并且当将其纳入CRISPR基因编辑系统时，在小鼠体内的基因编辑效率更高。

发表在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上的新mRNA可能用于治疗需要长期治疗的疾病，这些疾病需要编辑基因或替换有缺陷的蛋白质。

“在COVID疫苗中使用mRNA是非常棒的，这促使我们探索如何扩大mRNA的可能治疗应用，我们已经证明，非自然结构比自然结构的功能要好得多。这项研究给了我们很大的信心，我们有能力在化学和拓扑结构上修饰mRNA分子。”这篇新论文的高级作者、Broad研究所核心成员、麻省理工学院化学助理教授 Xiao Wang说。

“我最兴奋的是，这种新形状的mRNA能被细胞翻译机制很好地耐受，”论文的第一作者、麻省理工学院化学系的研究生Hongyu Chen说。“这为合成修饰mRNA以扩展其治疗用途开辟了许多新的机会。”

今天的COVID疫苗中的mRNA非常有效，因为需要的很少——一旦注射到体内，它就会刺激与COVID病毒部分相似的蛋白质的产生。Chen说:“免疫系统非常强大，因此它能够产生许多抗体来响应外来蛋白质的短暂表达。”

但是，要使同一类型的mRNA产生足够的蛋白质来治疗扰乱基本蛋白质正常产生的疾病，需要更大的剂量，这可能会导致毒副作用。

Wang的实验室专门研究RNA从合成到最终降解和在细胞中处理的过程。Wang, Chen和他们的团队想要承担复杂的挑战，设计一种稳定、活跃的mRNA结构，并在低剂量下产生持续的治疗效果。

“我发现mRNA非常吸引人，因为作为一种信息分子，它的功能是由它的序列编码的，而它的稳定性是由它的主链的化学性质决定的。”“这一特性使化学家能够广泛地设计mRNA结构，而不必担心改变其携带的信息。”

基于先前的研究，Wang和Chen知道mRNA结构的一部分，一个被称为poly(a) tail的分支，在保护mRNA免受细胞内降解方面起着重要作用。在2022年，他们展示了化学修饰poly(A)尾部可以减缓mRNA的自然衰变，使其在更广泛的治疗中更有用。他们将这些修饰过的分子命名为“mRNA-oligo偶联物”或mocRNAs。

在这项工作的基础上，Wang和Chen假设设计一个更复杂的mRNA形状，包含多个修饰的poly(A)尾部，将进一步增强mRNA的治疗效果。在他们最新的努力中，研究小组制作了多尾mRNA，并在人体细胞中进行了测试，发现它们比天然mRNA和mocRNA持续翻译的时间要长得多，每次剂量产生的蛋白质多20倍。

在小鼠实验中，研究人员发现，只需一剂多尾mRNA就能产生长达14天的蛋白质，这几乎是以前mRNA技术所证明的寿命的两倍。

他们还使用多尾mRNA编码dna切割Cas9蛋白，作为CRISPR-Cas9基因编辑系统的一部分，并在小鼠身上进行了测试，以编辑与高胆固醇、Pcsk9和Angptl3相关的基因。他们发现，与用对照Cas9 mRNA治疗的动物相比，单剂量的多尾Cas9 mRNA可以诱导更高水平的基因编辑，导致血液中胆固醇循环减少。

Wang和Chen现在专注于使他们的多尾mRNA合成和纯化过程更具可扩展性。他们还在进一步研究mRNA修饰如何影响其治疗稳定性和活性之间的相互作用。

“我们想看看我们还能在哪里设计mRNA的结构来提高效率，”Chen说，并补充说，他们也对提高细胞扫描和翻译mRNA指令的速度感兴趣。