【ZiDongHua 之自動化學院派收錄關鍵詞：清華大學  自動化系 精準識別 】
　　
　　紫冬學術 | 自動化系謝震團隊提出環(huán)狀RNA的可編程翻譯調控策略，實現(xiàn)目標細胞類型的精準識別
　　
　　近日，清華大學自動化系、北京信息科學與技術國家研究中心謝震課題組在一項最新研究中，開發(fā)了一種核糖體內部進入位點（internal ribosome entry site, IRES）的工程改造技術(programmable miRNA-responsive IRES translation activation and repression, PROMITAR)，實現(xiàn)了僅用單個環(huán)狀RNA分子即可感應多種細胞內源微小RNA（miRNA）信號，控制IRES元件在特定細胞中的翻譯活性。
　　
　
　　
　　RNA是具有巨大潛力的新型藥物形式。與線性mRNA相比，環(huán)狀RNA(circRNA)更穩(wěn)定，在哺乳動物細胞內的持續(xù)時間更長。因此circRNA被認為是一種很有前景的線性mRNA的替代物。迄今為止，合成生物學家已經開發(fā)出了若干種在線性mRNA和circRNA中調控基因表達的策略，但這些方法通常需要引入額外的RNA結合蛋白并且需要串聯(lián)多個翻譯抑制元件來實現(xiàn)翻譯激活，這無疑增加了RNA基因線路的復雜性。因此，開發(fā)一種簡潔高效并且能夠應用于環(huán)狀RNA的翻譯調控方法仍然是合成生物學領域的一大挑戰(zhàn)。
　　
　　針對這一問題，研究團隊通過理性設計的方式，構建了模塊化、可編程的RNA翻譯控制系統(tǒng)（PROMITAR）。該系統(tǒng)包含三個獨立可編程的模塊:感應miRNA的IRES翻譯激活模塊(miRNA-responsive IRES translation activator，MITA)、感應miRNA的IRES翻譯抑制模塊(miRNA-responsive IRES translation repressor，MITR)和目標基因編碼序列。在該設計策略中，不同miRNA的存在或缺失會觸發(fā)MITA或MITR的激活，從而實現(xiàn)目標基因的翻譯激活或翻譯抑制。研究人員以丙肝病毒（HCV）的IRES序列為基礎，通過在IRES上游設計含有不同miRBS的特殊二級結構，實現(xiàn)了由單一miRNA輸入、雙重miRNA輸入和三重miRNA輸入的翻譯激活元件。研究團隊還通過變換不同的miRBS，實現(xiàn)了二輸入miRNA信號的邏輯“與”、“或”、“非”門。由于該系統(tǒng)具有模塊化、可編程的特點，研究人員只需根據輸入的miRNA序列和期望實現(xiàn)的邏輯運算功能，在PROMITAR系統(tǒng)的MITA和MITR模塊中設計對應的miRBS，即可實現(xiàn)自定義的響應多重miRNA輸入的邏輯運算功能。
　　
　　基于該平臺，研究人員成功構建了具有邏輯門運算能力和細胞分類功能的circRNA，并且將Gasdermin D蛋白的N端序列編碼到circRNA中，實現(xiàn)了在目標肝癌細胞中選擇性誘導細胞焦亡。此外，研究人員還驗證了這一設計策略可以推廣至其他病毒類型的IRES序列的工程改造，展示了該平臺的通用性。該研究成果不僅拓展了RNA翻譯控制的合成生物學工具箱，為程序化的細胞功能改造提供了一種創(chuàng)新方法，也為RNA藥物開發(fā)提供了新的思路。
　　
　　相關研究成果以“在哺乳動物細胞中理性設計響應microRNA的可編程翻譯調控開關”（Rational design of microRNA-responsive switch for programmable translational control in mammalian cells）為題，于11月8日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）期刊。
　　
　　清華大學自動化系謝震副教授為論文的通訊作者,清華大學自動化系博士研究生寧輝、北京合生基因科技有限公司劉淦博士為論文的共同第一作者，清華大學自動化系李磊博士、北京合生基因科技有限公司劉強、黃慧雅博士參與了該項目研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京清華工業(yè)開發(fā)研究院、清華大學春風基金和北京信息科學技術國家研究中心的資助。