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環形RNA是共價閉合的單鏈RNA，具備特殊的空間構象。工程化體外環化的RNA（ivcRNAs），正在發展為具有潛力的新型RNA藥物平臺。環形RNA作為表達載體，因缺乏5’端帽子結構，通常依賴病毒來源的內部核糖體進入位點（IRES）啟動翻譯進程，但目前缺乏實驗證據證明環形RNA中的IRES結構功能是否受到編碼序列的影響。近日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心等團隊在結構層面發現，環形RNA中IRES序列與其驅動的編碼序列（cargo）之間的相互作用影響IRES結構的完整性，進而調控環形RNA的翻譯效率。研究提出，IRES-cargo的相互作用是評估環形RNA翻譯能力的重要指標，為理性設計高效翻譯性能的環形RNA分子奠定了理論與結構基礎。研究基于高效的自剪接成環系統，構建了不同病毒來源IRES以及相同熒光素酶報告基因的ivcRNAs。研究同時利用相關技術，在活細胞中直接解析長鏈環形RNA的二級結構。為驗證IRES與cargo之間不利的相互作用會損害IRES結構并抑制翻譯，研究設計了定點突變實驗，在cargo區或IRES結構域IV引入點突變，以構建不同突變類型的ivcRNAs。分析顯示，這些突變阻斷了IRES與cargo間的堿基配對，恢復了SV-A結構域IV的十字形構象。基于此，研究通過定量指標，量化SV-A結構變化。修復SV-A結構后，gE蛋白表達完全或部分恢復，且表達水平與IRES結構域IV的結構完整性呈強正相關。研究發現，環形RNA中IRES元件的結構折疊并非獨立存在，而是受到其驅動的cargo序列的影響。當IRES與cargo之間發生不利的相互作用時，IRES的關鍵結構域被破壞，從而抑制翻譯活性、降低蛋白質產量。因此，未來在工程化環形RNA的理性設計中，除關注IRES本身翻譯效率和cargo序列的密碼子優化外，需將IRES-cargo相互作用作為關鍵設計參數，通過避免或解除IRES與cargo之間的不利配對，維持IRES結構的完整性，以實現高效穩定的蛋白質表達，助力環形RNA療法的臨床轉化。相關研究成果在線發表在《細胞研究》（Cell Research）上。研究工作得到科學技術部和中國科學院等的支持。論文鏈接IRES-cargo的相互作用，破壞IRES結構完整性，進而抑制ivcRNA蛋白表達，解開IRES-cargo之間的不利配對后恢復SV-A的高效翻譯能力