环状RNA（circRNA）疗法作为一种新兴的治疗策略，组织与细胞靶向性是其应用潜力的关键优势和重要挑战之一。除了利用靶向性的递送策略外，通过设计特定的circRNA序列，也可以使其在特定组织或细胞中翻译蛋白或发挥作用，从而实现对疾病相关基因的精确调控。
此前，王泽峰团队系统筛选了增强circRNA翻译的RNA结合蛋白，并提取这些激活因子的共同靶向序列特征。利用翻译激活因子在不同细胞或组织的表达，可以设计相应的IRES序列，有望调控circRNA的细胞或组织特异性翻译。
近日，艾博生物团队在Molecular Therapy-Nucleic Acids期刊发表研究论文：Development and characterization of a miRNA-responsive circular RNA expression system with cell type specificity。论文阐述了团队基于miRNA和IRES相互作用并激活翻译的原理，利用miRNA增强环状RNA在特定组织或细胞中表达，为circRNA表达的组织特异性调控开发一种新的策略，有望拓宽circRNA的治疗应用，并为更精准和有效的基因治疗铺平道路。
图1 含miRNA结合位点的HCV 5’UTR作为IRES可响应miRNA，激活circRNA的翻译。
众所周知，微小RNA（microRNA/miRNA）可通过结合mRNA的UTR区域，在沉默复合体的作用下促进mRNA降解或阻碍mRNA翻译，从而调控基因的表达。除了miRNA介导沉默复合体的作用外，某些病毒内部核糖体进入位点（IRES）含有miRNA结合位点（miRBS），可以通过与宿主的miRNA相互作用，从而增强病毒扩增和表达。[1-2]
图2 Victor Ambros和Gary Ruvkun两位科学家因发现miRNA及其在基因转录后调控中的作用，而获得了2024年诺贝尔生理学或医学奖的殊荣。[3]
构建miR-122响应型circRNA
艾博生物团队利用含miR-122结合位点的丙型肝炎病毒（HCV）5’UTR作为翻译元件IRES，并构建circRNA。构建的circRNA可在外源性和内源性的miR-122诱导下激活翻译。
构建其它miRNA响应型circRNA
研究进一步利用其它miRNA结合位点替换HCV 5’UTR 中miR-122结合位点，实现相应miRNA诱导的翻译激活。针对组织或细胞特异性表达的miRNA，设计circRNA构建体中miRNA结合位点，可实现circRNA的靶向性表达，进而降低脱靶效应，提高治疗效果和精准度。研究构建的circRNA可以响应多种细胞内源性的miRNA，从而以细胞特异性方式调控circRNA的翻译水平。
miRNA促进IRES形成有利于翻译的构象
RNA二级结构预测结果表明，miRNA与HCV IRES中的结合位点互作可导致HCV IRES的构象改变，形成有利于翻译的构象，进而促进基因的表达。
miRNA响应型circRNA在体内表达
研究表明，与具有突变的结合位点相比，在小鼠模型中，静脉注射含有野生型miRNA结合位点的脂质纳米颗粒封装的circRNA（circRNA-LNP），在靶组织中表现出更高的表达水平。
图3 小鼠肝脏中miR-122-5p结合位点和脾脏中miR-142-3p结合位点增强circRNA的表达。
总结
该研究利用miRNA的分布及与IRES互作并调控翻译的特点，通过设计含miRNA结合位点的IRES元件，实现了circRNA的靶向性表达。这种创新的circRNA构建策略可提高靶向器官、组织或细胞的特异性翻译效率，减少潜在的脱靶效应，有利于增强疗效并减轻副作用，推动环状RNA疗法的开发和优化。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253125000046
参考文献
[1] Khawaja, A., Vopalensky, V., and Pospisek, M. (2015). Understanding the potential
of hepatitis C virus internal ribosome entry site domains to modulate translation
initiation via their structure and function. Wiley Interdiscip. Rev. RNA 6, 211–224.
[2] Schult, P., Roth, H., Adams, R.L., Mas, C., Imbert, L., Orlik, C., Ruggieri, A., Pyle,
A.M., and Lohmann, V. (2018). microRNA-122 amplifies hepatitis C virus transla-
tion by shaping the structure of the internal ribosomal entry site. Nat. Commun.
9, 2613.
[3] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2024. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2024. Tue. 8 Oct 2024.