Angew. Chem. Int. Ed.：消滅癌細胞，直接捕獲胞內致癌性microRNA！

【研究背景】

在自然界中，各種非編碼RNA通過結合和抑制其他編碼或調控RNA在表觀遺傳調控中發揮關鍵作用。它們通常會進化出特別的結構配置，以確保其在生命系統中的功能。例如，microRNAs（miRNAs）需要與Argonaute（Ago）蛋白結合，形成核糖核蛋白，即所謂的RNA誘導沉默復合物（RISC），它可以結合并抑制mRNA。而環形RNA（cirRNAs）作為自然界中有效的miRNA海綿，具有封閉的拓撲結構，可以增強其抵抗體內酶促降解的穩定性。將外源非編碼核酸直接遞送到活細胞中已經引起了生物學應用的強烈興趣。然而，細胞進入效率和靶標捕獲能力仍有待提高。

【成果簡介】

近日，上海交通大學變革性分子前沿科學中心王飛副教授團隊開發了一種分割多聚腺嘌呤為球形核酸（polyA-SNAs）的方法，以有效捕獲活細胞中的致癌性microRNA（miRNA）。研究發現，polyA-SNAs表現出較高的細胞攝取效率，對抗miRNA序列的結構不敏感。通過編程polyA的長度，作者可以精確地設計polyA-SNA中抗miRNA序列的空間結構。與密集緊實的SNAs相比，間隔化的polyA-SNA與miRNAs結合具有更強的捕獲能力。進一步研究證明，polyA-SNAs可作為高效的miRNA海綿，用于捕獲活細胞和小鼠體內的致癌性miRNA。通過對miRNA的有效捕獲可顯著抑制體內外腫瘤的生長。該論文以題為“Compartmenting poly-adenine-based spherical nucleic acids for efficient live-cell microRNA capture”發表在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上，焦凱、閆慶龍、郭琳潔為共同第一作者。

【圖文導讀】

圖一、具有不同polyA長度的PolyA-SNAs表征

（a）DNA鏈密度對polyA長度依賴關系的示意圖。

（b）polyA-SNAs的TEM圖像。

（c）不同polyA長度的SNAs上每個粒子DNA鏈數量的量化。

（d）通過DLS表征的SNAs的水合直徑。

圖二、捕獲具有空間位阻的mir21靶點的能力

（a）利用DNA-AuNPs模擬具有空間位阻的靶點的示意圖。

（b）反映抗mir21 SNAs捕獲能力的代表性TEM圖像和統計數據。

圖三、polyA-SNAs的細胞攝取和胞內miRNA捕獲

（a）用polyA-SNAs處理的293T細胞的暗場顯微圖像。

（b）ICP-MS定量測定每個293T細胞中AuNP的數量。

（c）流式細胞術分析polyA-SNAs在293T細胞中的mir21捕獲能力。

（d）經polyA-SNAs處理的293T細胞中未結合mir21的RT-qPCR分析。

圖四、通過polyA-SNA拯救抗癌基因

（a）polyA-SNA拯救EGFP示意圖。

（b）流式細胞術分析polyA-SNAs對293T細胞EGFP-R表達的影響。

（c）用polyA-SNAs處理MCF7細胞后mir21表達的RT-qPCR分析。

（d）與polyA-SNAs或指定對照孵育后MCF-7細胞中TPM1的蛋白表達。

（e）相同濃度的polyA-SNAs伸出抗mir21序列或隨機序列誘導的細胞毒性。

圖五、polyA-SNAs引起的腫瘤生長抑制

（a）小鼠實驗流程示意圖。

（b）瘤內注射Cy5.5標記的polyA-SNAs和游離的抗mir21序列后小鼠MCF-7腫瘤的熒光圖像和熒光統計。

（c）注射后26天的腫瘤體積變化動態。

（d）所示各組小鼠腫瘤的代表性圖片和平均重量。

（e）polyA-SNAs治療前后荷瘤小鼠體重的變化。

【結論展望】

綜上所述，作者報道了一種新的基于polyA程序化SNAs的miRNA抑制策略。研究發現，與其他結構相比，在適當的polyA長度下，SNAs可以獲得更高的miRNA捕獲效率。作者證明該系統可以應用于體內，有效抑制致癌性miRNA mir21，拯救抑癌基因TPM1，抑制腫瘤生長。這種polyA-SNA系統有幾個優點。1）SNA表面抗miRNA鏈的構象和側向間距可以通過polyA長度來調節，從而優化其與miRNA-Ago復合物的捕獲能力；2）polyA-SNAs與其他密集型SNAs相比具有較高的細胞進入效率。因此，細胞進入和靶向捕獲效率之間的沖突可以得到很大程度的解決，從而能夠在細胞/體內有效地傳遞和發揮作用。相比之下，一些利用純DNA結構作為載體的策略仍然存在細胞進入效率低下的問題，需要轉染試劑；3）SNAs的直接遞送避免了陽離子載體或病毒載體的使用，從而減輕了對毒性、持續表達或宿主基因組突變的擔憂。此外，作者期望此策略可容易地適用于遞送其它外源合成的功能核酸（例如，RNA探針、小干擾RNA）以用于包括分子識別和表觀遺傳學治療的應用。

文獻鏈接：Compartmenting poly‐adenine‐based spherical nucleic acids for efficient live‐cell microRNA capture (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202017039)

本文由大兵哥供稿。

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