独特的基因治疗方法为治疗罕见的遗传性疾病铺平了道路

无义突变是遗传密码中的单字母错误，过早地停止了关键蛋白质的产生。这些未完成的蛋白质不能正常发挥功能，无义突变导致所有遗传性疾病的10-15%，包括杜氏肌营养不良症，脊髓性肌萎缩症，囊性纤维化和多囊肾病。对于这些通常具有破坏性的病症目前尚无治愈或广泛有效的治疗方法，这些病症个别罕见，但据估计全世界共有多达3000万人受到影响。

由爱荷华州卡佛医学院的Christopher Ahern博士领导的一项新研究揭示了一种新方法和强大的技术平台，用于利用工程转移RNA(tRNA)分子抑制无义突变。Ahern，他的UI同事，费城Wistar研究所的合作者，马萨诸塞州列克星敦的囊性纤维化基金会治疗实验室和爱荷华州Coralville的Integrated DNA Technologies公司的研究表明，修饰的tRNA可以高效，准确地修复任何氨基酸的无义突变。该研究结果于2月18日在Nature Communications上发表。

“由于无义突变会导致各种严重的危及生命的疾病，因此在有这些遗传性遗传改变的人群中有效地修复这些终止密码子存在显着的未满足的医学需求，”分子生理学和生物物理学的UI教授Ahern说道。爱荷华州神经科学研究所。“我们独特的基因治疗方法利用了翻译过程的内在保真度，但重新设计了tRNA，将引起疾病的停止信号转换回正确的氨基酸。基本上，我们的反密码子工程tRNA技术将'停止'转变为'gos'希望有一天可以用来纠正人们缺陷的基因序列。“

将遗传密码转化为蛋白质的过程称为翻译。转移RNA(tRNA)与信使RNA的蓝图代码匹配，并以正确的顺序提供正确的氨基酸以构建蛋白质。指示氨基酸顺序的信使RNA的代码序列称为密码子。tRNA上的匹配序列称为反密码子。

在每个蛋白质编码序列的末尾有一个遗传终止信号 - 终止密码子 - 告诉蛋白质生产机器停止。当遗传序列中的错误将蛋白质中间的氨基酸密码子转变为终止密码子时，就会发生无义突变。

Ahern和他的UI团队，包括现任罗切斯特大学的首席研究作者John Lueck博士，系统地测试了工程化的tRNA分子是否能够修复20种天然氨基酸中的每一种的过早终止密码子。高通量筛选有效地鉴定了针对每种氨基酸和终止密码子类型的多种有效工程化tRNA。

为了证明该方法可以在更复杂和生理相关的系统中起作用，Ahern实验室成员，以及囊性纤维化基金会治疗学(CFFT)实验室的合作者和Wistar研究所的David Weiner博士的实验室表明，工程化的tRNAs当编码和配制用于有效递送时，以高水平表达并且有效地校正活小鼠肌肉组织中的无义突变。有趣的是，tRNA活性在递送形式中持续数周，这表明这种可持续的基因治疗方法可能有一天可能在临床中使用。

重要的是，位于医学博士William Skach的CFFT实验室的研究小组表明，tRNA在其活性中具有选择性，并且不影响正常终止密码子，这些密码子标志着蛋白质序列的真正结束。

在用户界面，Ahern与博士后研究员Lueck和Danny Infield博士以及儿科和囊性纤维化专家UI教授Paul McCray博士表示，这种方法可以纠正引起CF的无义突变，并准确生成功能性CFTR蛋白。

“我喜欢这项研究的是，许多具有不同专业知识的不同实验室都在各种环境中验证了我们的工程化tRNA技术，”Ahern说。“这表明这种方法很有效。”

虽然他对反密码工程tRNA治疗由无义突变引起的疾病的可能性感到兴奋，但Ahern指出，有许多科学问题需要解决，需要克服技术障碍才能找出这种方法是否可以转化为人类治疗方法。

“对于由无义突变引起的许多疾病，甚至纠正一小部分突变蛋白质也足以对患者起到治疗作用，”埃亨说。“如果这可以作为人类治疗，我们将有办法针对每一种已知的终止密码子疾病。”