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邵明团队发现m1Ψ修饰帮助IVT mRNA避免早期胚胎特异性免疫识别

发布:山东大学融媒体中心 日期:2025年10月17日

[本站讯]10月16日,生命科学学院邵明教授团队在Nucleic Acids Research杂志发表了题为“N1-methylpseudouridine mRNA modification enhances efficiency and specificity of gene overexpression by preventing Prkra-mediated global translation repression”的研究论文,系统揭示了体外转录mRNA(IVT mRNA)中dsRNA副产物对斑马鱼早期胚胎发育的有害影响,并发现N1-甲基假尿苷(m1Ψ)修饰可显著降低dsRNA副产物与感受器Prkra的结合,从而避免整体翻译抑制所导致的胚胎毒性。该研究不仅为提高mRNA在胚胎中应用的特异性提供了思路,也揭示了m1Ψ修饰减轻应激反应、推动mRNA疗法应用的一种潜在机制。

体外转录mRNA(IVT mRNA)是mRNA疗法的核心成分,也被广泛应用于基因功能研究。然而,IVT过程中会不可避免地产生双链RNA(dsRNA)副产物。这些副产物可被模式识别受体识别,从而引发先天免疫和应激反应,造成细胞毒性并降低整体蛋白翻译水平,这一问题长期以来是该领域的技术瓶颈。

在分化细胞中,研究已表明假尿苷(Ψ)能够有效降低包括 RIG-I、PKR 和 TLR3 在内的 RNA传感器对dsRNA的识别。值得注意的是,m1Ψ修饰的mRNA比Ψ修饰引发更弱的免疫反应,同时维持更高的翻译效率。然而,这些研究主要集中于分化细胞。在早期胚胎中,经典 dsRNA 受体并不活跃。邵明教授团队此前发现,在早期胚胎中,二聚化的Prkra 是主要的dsRNA识别分子,可触发类似整合应激反应的整体翻译抑制,但这一机制对IVT mRNA应用的影响仍不清楚。同时,m1Ψ修饰是否以及如何调控Prkra介导的应激反应也尚未揭示。

本研究发现,IVT mRNA 中的 dsRNA 污染是导致斑马鱼早期胚胎出现大规模细胞坏死、发育延迟以及母源–合子转换(Maternal-Zygotic Transition, MZT)滞后的主要原因。通过比较29个斑马鱼基因的IVT mRNA注射实验发现,体外转录过程中dsRNA的生成量在不同样本间差异显著,且与胚胎异常表型的发生率呈显著正相关。

进一步研究显示,dsRNA副产物严重干扰了基因过表达及mRNA工具的应用并诱导实验假象,例如无法有效拯救突变体表型,严重减弱基因编辑与转基因效率等。其根本原因在于dsRNA副产物被Prkra识别后触发的翻译抑制。

相较于未修饰的mRNA,m1Ψ修饰的mRNA在高剂量注射下不再引发显著毒性。更重要的是,该修饰显著增强了mRNA工具的活性:其介导的基因组编辑效率提高了约1倍,转座酶介导的转基因整合效率提升逾5倍,而Cre重组酶介导的loxP位点切割效率提升超过4倍。

凝胶迁移实验(EMSA)结果表明,m1Ψ修饰可将 dsRNA与Prkra二聚体的结合亲和力降低至未修饰dsRNA的1/6。RNA pulldown实验证实,m1Ψ修饰显著削弱了dsRNA对翻译起始因子eIF2复合物的隔离作用。由此,即使IVT过程中仍有dsRNA副产物产生,m1Ψ修饰也能使其“隐身”,避免被Prkra识别,从而防止整体翻译抑制并确保高效蛋白合成。

山东大学生命科学学院教授邵明为本研究通讯作者,博士后陆通为第一作者。该工作获得国家自然科学基金面上项目及原创探索类项目资助。


【供稿单位:生命学院     作者:邵明    责任编辑:蒋晓涵 迪拉热】