重要进展 | 北京医院肖飞研究员团队建立一种新型高效RNA环化系统

环状RNA是一类由前体RNA通过反向剪接产生的具有环状结构的RNA分子。由于环状RNA比线性RNA更稳定，不易被核酸外切酶降解，所以环状RNA可以作为生物标志物应用于疾病的诊断，也可以作为环状mRNA应用于疫苗或者治疗药物，具有重要的基础和临床应用前景。

由于缺乏细胞内外制备环状RNA的有效策略，环状RNA在组织和细胞中的生物学功能没能充分进行研究，在很大程度上限制了对环状RNA的进一步认识与应用。因此，亟需一种高效、准确和简便的合成环状RNA的方法。

近日，北京医院临床生物样本管理中心肖飞研究员团队历经5年的潜心研究，在牛津大学出版社旗下期刊《Nucleic Acids Research》（Q1区，影响因子：14.9）发表了题为“A precise and efficient circular RNA synthesis system based on a ribozyme derived from Tetrahymena thermophila”（中文译名：一种基于嗜热四膜虫核酶的高效精确的环状RNA合成系统）的研究论文。该团队提出了一种RNA高效环化策略，可以在体外和哺乳细胞内实现对环状RNA序列的精确的高效率合成，既可以用于细胞内环状RNA的生物学功能研究，也可为环状mRNA疫苗或者治疗药物的大规模生产提供先进的技术平台。

该研究的全部实验工作及数据分析由北京医院肖飞研究员、于雪主任医师和邹丽辉副研究员领衔的研究团队完成，第一作者为崔敬宜博士。该团队从拓展环状RNA生物学功能研究出发，利用嗜热四膜虫I组内含子的核酶（Ribozyme）的活性，建立了一种高效、准确及简便的RNA环化策略，并在实践中取得了突破性进展。

该环化策略是将目标RNA序列插入Ribozyme的下游，并在上游添加一个互补的反义区域以辅助环化，通过Ribozyme自剪接使目的RNA序列环化。本研究利用该环化策略环化DNMT1, CDR1as, FOXO3和HIPK3基因，发现其环化效率显著高于经典的侧翼内含子互补序列（ICSs）介导的环化方法且能保留与天然环状RNA一致的生物学功能。通过在合成的环状RNA上游添加优化的IRES序列，本项研究进一步建立了基于Ribozyme的环状mRNA制备系统，实现了环状mRNA的翻译和蛋白表达。

本项研究成功建立了一种基于嗜热四膜虫Ribozyme高效精准的RNA环化策略，不会在环化过程引入额外的核苷酸，可用于细胞内环状RNA的功能研究。同时，该技术也可用于体外大规模制备环状mRNA，进而应用于环状mRNA疫苗开发，以及环状mRNA蛋白表达药物等研究。

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