TNA酶搜索并切割突變RNA 于涵洋供圖

近日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、化學(xué)和生物醫(yī)藥創(chuàng)新研究院ChemBIC、配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授于涵洋課題組綜合運(yùn)用合成化學(xué)與定向進(jìn)化的手段，從隨機(jī)文庫(kù)中鑒定了具有RNA內(nèi)切酶活性的TNA序列，能選擇性沉默突變的EGFR（表皮生長(zhǎng)因子受體）基因，為基因治療提供了新型工具。這一成果以《一種可以識(shí)別RNA上單位點(diǎn)突變的蘇糖核酸酶》為題，發(fā)表在《自然—化學(xué)》上。

RNA既能像DNA一樣存儲(chǔ)和傳遞遺傳信息，又能像蛋白質(zhì)一樣催化反應(yīng)，因此，科學(xué)家們認(rèn)為地球早期的生命形式可能使用RNA這一類(lèi)分子同時(shí)承擔(dān)”遺傳物質(zhì)”和”酶”兩個(gè)角色。但是，在前生命環(huán)境中，RNA的自發(fā)合成仍存在挑戰(zhàn)，所以，科學(xué)家推測(cè)在地球生命進(jìn)化早期，可能存在更簡(jiǎn)單的核酸分子，作為原始的、前RNA遺傳物質(zhì)。

蘇糖核酸（threose nucleic acid，TNA）是一種化學(xué)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的人工核酸。TNA可以與互補(bǔ)的DNA、RNA或TNA鏈，按照堿基配對(duì)的原則，形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這個(gè)性質(zhì)為信息在不同遺傳系統(tǒng)（例如TNA和RNA）之間傳遞提供了可能。因此，TNA是一種可能的、前RNA遺傳物質(zhì)。作為原始的遺傳物質(zhì)，TNA除了需要具備信息存儲(chǔ)和傳遞能力之外，還需要具有催化生物分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性。除了在探究生命起源相關(guān)問(wèn)題方面具有重要的科學(xué)意義，這些能加速化學(xué)反應(yīng)的TNA酶在生物技術(shù)和分子醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。TNA可以有效抵抗核酸酶的降解，具有優(yōu)越的生物穩(wěn)定性，因此，開(kāi)發(fā)功能性TNA能夠?yàn)榛蛑委煹阮I(lǐng)域提供新型工具。

研究者利用體外篩選技術(shù)從隨機(jī)文庫(kù)中鑒定了多個(gè)具有RNA內(nèi)切酶活性的TNA序列。其中Tz1具有最高的催化活性，研究者對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生化表征。因?yàn)镽NA是細(xì)胞內(nèi)遺傳信息流動(dòng)的關(guān)鍵一環(huán)，因此可作為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的重要靶點(diǎn)。研究者嘗試使用Tz1切割一個(gè)EGFR突變基因產(chǎn)生的RNA，該突變導(dǎo)致非小細(xì)胞肺癌患者對(duì)酪氨酸激酶抑制劑類(lèi)的靶向藥產(chǎn)生耐藥。研究者意外地發(fā)現(xiàn)Tz1能區(qū)分底物上的單位點(diǎn)突變，即選擇性切割發(fā)生了突變的基因轉(zhuǎn)錄本，而不影響正常的基因轉(zhuǎn)錄本。利用這個(gè)性質(zhì)，研究者進(jìn)一步展示了Tz1可以在細(xì)胞內(nèi)介導(dǎo)高度選擇性的基因沉默，為基因治療提供了新型工具分子。

這一研究工作鑒定了具有RNA內(nèi)切酶活性的TNA序列，為T(mén)NA作為原始遺傳物質(zhì)提供了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)支持。另一方面，該TNA酶能區(qū)分底物RNA上的單位點(diǎn)突變，在細(xì)胞內(nèi)選擇性沉默突變基因的轉(zhuǎn)錄本，為基因治療提供了新型工具分子。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41557-021-00847-3

來(lái)源：《自然—化學(xué)》