近日，来自美国 Broad Institute/霍华德·休斯医学研究所的张锋团队在《Science》上发表了一项题为“Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery”的研究，这项研究利用PEG10非翻译区与目的基因的可重编程特性，开发了一种全新的RNA递送平台——SEND（selective endogenous encapsidation for cellular delivery），利用小鼠和人类逆转录病毒样蛋白PEG10来包装、分泌和递送特定RNA，极大地扩展了核酸治疗的应用。
[1] Michael Segel, et al. Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery. Science. 2021. Doi：10.1126/science.abg6155.
Science | 张锋团队开发新型RNA递送技术，改造自人体自身逆转录病毒样蛋白！
发布时间：2021-08-23 16:32 文章来源：未知 作者：百替生物
在整个进化过程中，逆转录病毒和逆转录元件已将其遗传密码插入哺乳动物基因组中。尽管这些整合的病毒样序列中的许多对宿主基因组完整性构成威胁，但有些已被哺乳动物细胞重组以在发育中发挥重要作用，人类基因组中有大约8%是在远古时代感染人类的逆转录病毒的残余。
近日，来自美国 Broad Institute/霍华德·休斯医学研究所的张锋团队在《Science》上发表了一项题为“Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery”的研究，这项研究利用PEG10非翻译区与目的基因的可重编程特性，开发了一种全新的RNA递送平台——SEND（selective endogenous encapsidation for cellular delivery），利用小鼠和人类逆转录病毒样蛋白PEG10来包装、分泌和递送特定RNA，极大地扩展了核酸治疗的应用。
该研究首先表明MmPEG10可以结合并分泌自身mRNA到病毒样颗粒（VLP）中。先前研究报道MmPEG10与mRNA结合后会增加靶转录物的细胞丰度，为了在体内验证这种效应，研究者敲除了新生小鼠大脑中的MmPEG10基因表达，下调的49个基因的mRNA恰好是对照组小鼠大脑中MmPEG10结合的mRNA，进一步证实MmPEG10通过结合和稳定mRNA在神经发育中发挥作用。
研究者进一步利用Cre-loxP系统，将Cre重组酶编码序列与MmPeg10的5'和3'UTR侧接，并在有无融合剂fusogen的条件下与MmPeg10共转染。VSVs假型化的MmPEG10 VLP可以分泌至细胞外囊泡中，介导Cre mRNA转移至目标loxP-GFP N2a细胞中，证实了借助Peg10 UTR和fusogen可以实现mRNA的功能性细胞间转移。
接下来，研究者创建了编码MmPeg10 5' UTR、Cre和不同的MmPeg10 3' UTR的500 bp片段的载体，发现3' UTR的近端500 bp足以将Cre mRNA有效地功能转移到目标细胞中，这三部分定义为“Mm.cargo(RNA)”。使用与MmPeg10相同的方法，研究者也同样发现5' UTR和3' UTR的前500bp足以介导Cre mRNA的功能转移，并定义为“Hs.cargo(RNA)”。同时，作者去除了MmPeg10/HsPEG10编码序列中任何额外的PEG10顺式结合元件的影响对上述包装过程进行优化，将优化后产生的系统成为用于细胞递送的选择性内源性衣壳化系统（SEND）。
为了使SEND系统可以完全内源化，研究者将携带PEG10 mRNA的MmSYNA假型化的VLP用于小鼠原代皮层神经元后，检测到许多参与神经发育的基因发生上调，提示这一系统在神经元中的可行性。最后，为了进一步证明该系统的模块化，作者测试了不同的cargo mRNA，比如SEND是否可以介导约5-kb Mm.cargo（SpCas9）的功能转移到组成性表达针对MmKras的sgRNA 的N2a细胞系中，导致受体细胞中MmKras基因座产生约60%的插入和缺失。同样的，这一策略也同样适用于人类，例如在HEK293FT细胞中的HsVEGFA基因座产生约40%的插入缺失。
总的来说，这项研究所开发的来自内源性逆转录元件的SEND系统补充了现有的脂质纳米颗粒、真正逆转录病毒的VLP以及用细胞外囊泡运输活性mRNA的手段。值得注意的是，与目前可用的病毒载体方法比，SEND由于使用内源性人类蛋白质可以明显降低免疫原性，因此，这一系统对于核酸治疗的应用而言具有重要意义。
参考资料：
[1] Michael Segel, et al. Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery. Science. 2021. Doi：10.1126/science.abg6155.