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六年不懈攻關(guān),,我院學(xué)者聯(lián)合國內(nèi)團(tuán)隊,, 通過多學(xué)科交叉實現(xiàn)lncRNA治療形式革新
發(fā)布者:系統(tǒng)主管 發(fā)布時間:2021/06/11
基因治療是精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域的前沿方向,是21世紀(jì)醫(yī)學(xué)發(fā)展的核心領(lǐng)域,。在該領(lǐng)域中非編碼RNA因不翻譯為蛋白質(zhì),,在基因藥物開發(fā)方面擁有天然優(yōu)勢,,其中長鏈非編碼RNA(lncRNA)因數(shù)量多,,調(diào)控方式多樣且功能重要,,有望成為基因治療藥物開發(fā)的最大靶點庫。但lncRNA作為基因治療靶點進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化仍面臨著基因藥物難以精準(zhǔn)靶向遞送,、基因藥物容易誘發(fā)免疫反應(yīng)等瓶頸問題,。因此,,突破領(lǐng)域內(nèi)的瓶頸問題是推動lncRNA精準(zhǔn)基因治療從基礎(chǔ)研究走向臨床應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2021年6月3日,,暨南大學(xué)口腔交叉學(xué)科臨床研究平臺/北京航空航天大學(xué)王曉剛團(tuán)隊,、同濟大學(xué)孫瑤團(tuán)隊、暨南大學(xué)生命科學(xué)院王一飛團(tuán)隊,、北京航空航天大學(xué)張永彪團(tuán)隊深度合作,在Nature Communications雜志發(fā)表文章A functional motif of long noncoding RNA Nron against osteoporosis,,論文鏈接: https://www.nature.com/articles/s41467-021-23642-7,。合作團(tuán)隊經(jīng)過六年攻關(guān),通過多學(xué)科交叉融合,,提出針對lncRNA功能元件的精準(zhǔn)基因治療理念,,構(gòu)建了基于信息學(xué)算法的lncRNA功能元件篩選體系,開發(fā)了細(xì)胞靶向的骨質(zhì)疏松基因治療遞送系統(tǒng),,在動物模型中實現(xiàn)了骨質(zhì)疏松的精準(zhǔn)靶向基因治療,。
在研究的前三年,聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊結(jié)合高通量測序和信息學(xué)算法,,鑒定到多個攜帶功能元件且具備潛在骨吸收調(diào)控活性的lncRNA分子,。隨后研究團(tuán)隊通過構(gòu)建破骨細(xì)胞特異性基因敲除小鼠和轉(zhuǎn)基因小鼠從體內(nèi)深入分析了代表性lncRNA Nron的分子功能,從體內(nèi)證實了lncRNA對骨吸收的關(guān)鍵調(diào)控作用,,并利用體內(nèi)外模型揭示了Nron通過泛素E3連接酶CUL4B調(diào)控雌激素受體ERα降解進(jìn)而調(diào)控骨吸收的分子機制,。隨后研究團(tuán)隊利用課題組構(gòu)建的骨吸收靶向基因藥物遞送系統(tǒng),開展了Nron體內(nèi)基因治療對抗骨質(zhì)疏松的效應(yīng)評價,,結(jié)果顯示Nron基因治療能夠抑制小鼠骨吸收并對抗骨質(zhì)疏松,。
圖1. 鑒定攜帶功能元件具備潛在骨吸收調(diào)控活性的lncRNA分子
但同時,研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)Nron基因治療導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)了脾臟腫大的現(xiàn)象,,說明全長Nron分子用于基因治療存在明顯的副作用,。為解決全長lncRNA基因治療的副作用問題,研究團(tuán)隊首次提出了lncRNA功能元件精準(zhǔn)基因治療的理念,,通過“去偽存真,,去粗存精”的方式,甄別并驗證了全長lncRNA中的關(guān)鍵功能決定序列,,將其命名其為lncRNA functional motif,。基于此理念,研究團(tuán)隊結(jié)合信息學(xué),、生物學(xué),、遺傳學(xué)方法對Nron的功能元件進(jìn)行了鑒定,最終發(fā)現(xiàn)功能元件NCM2(長度為全長Nron分子1/10)可發(fā)揮Nron全長分子的骨吸收調(diào)控活性,。通過基因治療劑量,、治療周期等多方面的探究,,研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)功能元件NCM2體內(nèi)基因治療可高效對抗小鼠骨質(zhì)疏松,其效應(yīng)與臨床用藥唑來膦酸鈉相當(dāng),。更重要的是,,功能元件NCM2體內(nèi)基因治療未導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)脾腫大的副作用。由此說明作為全長分子精華的lncRNA功能元件是更為安全的基因治療藥物開發(fā)對象,。
圖2. Nron功能元件體內(nèi)基因治療對抗骨質(zhì)疏松的效應(yīng)評價
綜上所述,,該研究所提出的lncRNA功能元件理念和精準(zhǔn)靶向干預(yù)策略有望促進(jìn)lncRNA基因治療藥物的開發(fā),具有重大的理論意義和重要的應(yīng)用價值,。
圖3. 全文總結(jié)
王曉剛團(tuán)隊長期致力于骨質(zhì)疏松精準(zhǔn)基因治療研究,。前期通過融合生物學(xué)、材料學(xué),、藥劑學(xué)技術(shù),,開發(fā)了一系列高效低毒的骨質(zhì)疏松基因治療遞送系統(tǒng);發(fā)現(xiàn)了可以靶向成骨細(xì)胞的寡肽分子并闡明了靶向機理(ACS Nano, 2016),;研發(fā)了靶向破骨細(xì)胞的特異性基因治療遞送系統(tǒng),,實現(xiàn)了動物水平的骨質(zhì)疏松精準(zhǔn)基因治療(Nature Communications, 2017;JBMR,,2018),。使用高通量測序并開發(fā)全新算法,發(fā)現(xiàn)了系列調(diào)控骨形成的lncRNA分子,,自主克隆并命名了成骨細(xì)胞特異性的lnc-ob1分子,,明確了其促進(jìn)骨形成的效應(yīng)機制和臨床轉(zhuǎn)化前景(Nature Metabolism,2019),。2019年12月,,暨南大學(xué)口腔交叉學(xué)科臨床研究平臺成立,掛靠于暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院,,王曉剛擔(dān)任平臺科研主任,。在本研究中,暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院為第一作者單位,,暨南大學(xué)口腔交叉學(xué)科臨床研究平臺金富軍,、同濟大學(xué)李俊輝、北京航空航天大學(xué)張勇彪,、暨南大學(xué)口腔交叉學(xué)科臨床研究平臺劉湘寧為論文的共同第一作者,;北京航空航天大學(xué)王曉剛研究員、同濟大學(xué)孫瑤教授,、暨南大學(xué)生命科學(xué)院王一飛教授為論文的共同通訊作者,。該研究得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)青項目、重大研究計劃等的資助。
(通訊員:劉湘寧)