主题:mRNA

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水生所在四膜虫无义介导的mRNA降解通路研究中取得进展

无义介导的mRNA降解通路(Nonsense-mediatedmRNAdecay,NMD)是真核生物细胞中重要的mRNA质量监控通路,能够识别和降解含提前终止密码子(Prematureterminal...即将发布

日期:2017年4月21日 - 来自[技术要闻]栏目
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北京基因组所等发现RNA甲基化调控基因出核新机制

中国科学院北京基因组研究所精准基因组医学重点实验室及遗传与发育协同创新中心杨运桂研究组和郑州大学第一附属医院生殖与遗传专科医院孙莹璞研究组、中国科学院生态环境研究中心汪海林研究组合作研究,揭示了m5C...即将发布

日期:2017年4月21日 - 来自[技术要闻]栏目

RNA修饰成学界热点

我们并不清楚一个分子上有多少不同的修饰。但有一点很清楚,这个领域非常有意思,值得继续深究下去。这是一个与mRNA结合的细菌核糖体的分子模式图。图片来源:LagunaDesign今天,表观转录组学研究正...即将发布

日期:2017年4月12日 - 来自[技术要闻]栏目
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揭开传奇公司神秘面纱

Moderna生物科技公司总裁StephenHoge(左)、核糖核酸研究主任MelissaMoore和首席执行官StéphaneBancel的目标是把信使核糖核酸转变为药物和疫苗。图片来源:KenRi...即将发布

日期:2017年2月14日 - 来自[技术要闻]栏目

清华学者在《自然》发文揭示新的non-stop mRNA翻译终止机制

 

2016年12月1日,清华大学生命科学学院、结构生物学高精尖创新中心高宁课题组和合作者在《Nature》在线发表题为Mechanistic insights into the alternative translation termination by ArfA and RF2的研究论文。该论文报道了大肠杆菌中non-stop mRNA在核糖体上的翻译终止状态复合物的高分辨冷冻电镜结构,并揭示了ArfA在non-stop mRNA翻译终止过程中的作用机制。

核糖体上的蛋白翻译是一个非常复杂的过程,包括翻译起始、延伸和终止等多步严密调控的步骤。在细菌中,当蛋白翻译进行到mRNA上的终止密码子时,翻译终止因子RF1或RF2可以直接识别终止密码子,结合到核糖体上的活性中心,催化释放共价偶联在肽酰tRNA 3’末端上的新生肽链,这个过程受RF1/RF2上保守的催化活性基序Gly-Gly-Gln(GGQ)序列的调控。在细胞中,由于转录提前终止、mRNA错误加工、药物或者物理损伤等会导致细胞中产生缺少终止密码子的mRNA,这类mRNA被称为non-stop mRNA。当核糖体移动到non-stop mRNA的3’末端时,由于缺少终止密码子对RF1/RF2的激活作用,核糖体会停滞在mRNA的3’末端并且不能够进行正常的翻译终止。细胞中积累过多停滞的核糖体会产生毒性,真核生物和原核生物都进化出了相应的质量控制体系来回收这些核糖体。在细菌中,一类针对non-stop mRNA的挽救系统依赖于一种小蛋白ArfA(alternative ribosome rescue factor A)。现有的少量遗传和生化数据表明,当核糖体停滞在non-stop mRNA的3’末端时,ArfA结合到核糖体上的解码活性中心,招募并激活RF2的肽酰水解活性,从而释放新生肽链。然而,众多机制相关的问题尚不清楚,例如ArfA是如何激活RF2的水解功能?ArfA如何区分不同长度mRNA结合的核糖体?

高宁课题组在体外组装了ArfA/RF2、non-stop mRNA、tRNA与70S核糖体的复合物,并获得了该复合物的高分辨冷冻电镜结构(3埃分辨率,核心区域接近2.6埃)。结构表明ArfA C端的loop结合于核糖体30S小亚基上的mRNA进入通道,并部分地占据了终止密码子的结合位点,而N端则直接与30S解码中心及RF2相互作用。进一步的分析表明ArfA扮演了两个重要的角色:其N端作为mRNA长度的感受器(Sensor),如果核糖体尚未行进到mRNA的3’末端,mRNA进入通道内的核苷酸会阻碍ArfA的结合;其C端则通过和RF2直接结合,从功能上补偿了终止密码子对RF2的激活效应。

这项研究展示了自然界的一种奇妙的功能模拟机制:具有极大结构柔性的小蛋白可以通过结构模拟来取代mRNA上的三碱基终止密码子的功能。值得一提的是,在这项工作发表的同一天,Nature和Science同时在线发表了来自德国(慕尼黑大学Wilson实验室)和英国(MRC Ramakrishnan实验室,2009 Nobel化学奖)科学家的相似的工作。

图:ArfA在核糖体上的结合位点

高宁研究组的博士生马成英和日本弘前大学(Hirosaki University)的Daisuke Kurita博士为该论文的共同第一作者。高宁和Hyouta Himeno教授为共同通讯作者。高宁研究组成员李宁宁和陈燕也参与了本课题的研究。冷冻电镜数据采集得到了国家蛋白质科学设施(北京)的清华大学冷冻电镜平台支持,数据处理得到国家蛋白质科学设施(北京)清华大学高性能计算平台的支持。部分计算处理也得到了了北京大学生命联合中心高性能计算平台的支持。本工作获得清华大学结构生物学高精尖创新中心、教育部蛋白质科学重点实验室、科技部重大科学研究计划专项、国家自然科学基金委等的经费支持。

 

日期:2016年12月5日 - 来自[RNA研究]栏目
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前仆后继的RNA药物


【新闻事件】:今天罗氏旗下基因泰克宣布将斥资3.1亿美元与德国生物技术公司BioNTech合作利用mRNA技术开发肿瘤新抗原,而BioNTech的主要竞争对手之一的Moderna则宣布将投入1.1亿美元开始兴建其mRNA药物的二期临床用药厂房,并预计可能很快开始供应三期临床用药的另一个更大生产线,耗资可能在2-4亿美元。而另一家比较领先以RNA命名的公司MiRNA主打产品MRX34则因细胞因子风暴而终止了一期临床。

【药源解析】:Moderna是现在最受关注的mRNA企业,也是历史上估值最高的私营生物技术公司之一。虽然只有一个疫苗有进入临床,但是Moderna已经通过非IPO途径获得近20亿美元的资助。这个企业极少公布其在研项目和相关数据,至今尚没有任何临床数据公布,但号称未来10年将有100个临床项目。他们的技术平台是mRNA,理论上可以提供任何缺失或变异蛋白。但目前尚没有在临床上显示可靠疗效的mRNA药物。

Moderna的技术最早源自宾大科学家发现的化学改造mRNA,当时的主要发明人之一Kariko现在就在BioNTech工作。mRNA诸多技术难题之一是免疫原性,但Kariko发现经化学改造的mRNA在实验动物几乎没有免疫原性。现在虽然Moderna号称已经把宾大的技术更新了好几代,但是这里面的专利官司只有上了法庭才会清楚。但因为Moderna现在财大气粗,专利可能不是最大问题,即使侵权也可能用钱摆平。

BioNTech的技术和Moderna很接近,与基因泰克合作的是肿瘤新抗原。肿瘤因为变异会有免疫系统能识别的抗原,现在有比较可靠的计算和实验技术可以从每个患者肿瘤中找到个体化肿瘤新抗原。但是因为肿瘤发现时可能已经具备局部或系统免疫抑制功能,所以仅仅使用抗原疫苗(无论多肽抗原或mRNA表达)不一定产生足够疗效。最近失败的疫苗包括Celldex的Ringtega、Aduro的GVAX、以及葛兰素的MAGE-A3。而基因泰克的PD-L1抗体Tecentriq是对抗免疫抑制的神器之一,也是其支柱产品,所以所有能帮助Tecentriq增长的新技术都在基因泰克收购之列。

MiRNA正如名字所显示其技术平台是micro RNA。miRNA是非编码RNA,不能表达蛋白但对基因表达具有重要的调控作用。药物开发既可以抑制miRNA也可以模拟miRNA,所以即可抑制也可活化蛋白功能。MRX34是一个抑癌RNA(miR-34)的类似物,这是p53抑癌网络的一部分,可能在多种实体瘤有效。今天的消息令MiRNA股票下滑20%。

大规模生产、免疫原性只是mRNA药物开发相对早期的两个障碍,最核心的难题如递送、脱靶副作用、一般毒性可能得到更晚的临床试验中才能遇到。RNA作为药靶早在1970年就有,Ionis辛勤耕耘近30年只上市了两个很小的反义RNA药物,早期主要选手Genta烧了10亿美元后破产,曾经风靡一时的siRNA现在几乎没有太多研发活动。这一轮mRNA/miRNA热潮希望能产生几个真正有影响的新药。

日期:2016年9月22日 - 来自[RNA研究]栏目

这四家生物公司一年吸金40亿美金,他们在捣鼓啥黑科技?


CureVac研发药物及临床进展

2015年11月3日,成立于2000年的CureVac对外公布获得由Baillie Gifford领投的1.1亿美元F轮投资,Bill & Melinda Gates Foundation等跟投。截止本轮融资,CureVac累计获得高达3.3亿美元融资。

除了投资机构的青睐,各大药企也纷纷不惜重金与CureVac开展合作。例如,2014年7月与Sanofi达成1.5亿欧元的合作协议;2014年9月与Boehringer Ingelheim达成6亿美元肺癌研究的协议。

CureVac专注的领域是研发mRNA(信使RNA)疫苗。mRNA这个领域也许你不熟悉,没多大兴趣。不要紧,接着往下看。2015年10月成立于2013年的Arcturus与Ultragenyx Pharmaceutical达成mRNA治疗罕见病的协议,该协议涉及总金额高达15.7亿美元;2015年5月成立于2008年的BioNTech与Eli Lilly达成3.6亿美元的癌症免疫治疗合作协议,11月又与Sanofi达成15亿美元的合作协议,Sanofi将使用BioNTech的mRNA系统研发5款治疗癌症的药物;2015年1月成立于2010年的Moderna获得5亿美元的融资,用于mRNA药物的临床试验。

CureVac与Arcturus、BioNTech、Moderna均是研发mRNA药物的创业公司。仅2015年一年,它们获得的融投资以及合作订单金额累计超过40亿美元。因此奇点糕不得不关注一下它了。mRNA是啥?它能干啥?为啥竟有如此之强的吸金能力?它给了投资人怎样的想象空间?接下来就以成立于2000年的老牌mRNA疫苗研发企业CureVac为例,讲讲mRNA的江湖。

一提到疫苗大家都不陌生,没准儿小时候接种的阴影还会在此刻浮现。一般来讲,疫苗是用细菌、病毒、癌细胞自身或者它们特有的蛋白质等,经过人工减毒、灭活制成的可使机体产生特异性免疫的生物制剂,通过疫苗接种使接受方获得免疫力。简而言之,疫苗就是提高人体对病原物以及自身病变的免疫力。

为了便于本文的展开,我简单的将疫苗分为两类:预防性疫苗和治疗性疫苗。这两个概念根据字面意思都不难理解,一个是没得病预防疾病,一个是得了病治疗疾病,二者的本质都是通过疫苗激发免疫反应,提高人体免疫力,抵抗病原物的入侵和自身病变(癌症等)。

传统的蛋白类疫苗已经为人类建立了不朽的功勋,但是仍旧有很多缺陷。例如,第一,研发周期长,根据世界卫生组织的统计,传统疫苗的研发周期至少需要5~6个月之久,对于大范围爆发的流行性疾病而言,这显然是来不及的;第二,大部分传统疫苗的保存和运输需要冷藏,且保质期短,对于偏远地区的人而言,很难受惠;第三,传统疫苗激发的免疫反应强度不够。

为了解决上述问题,科学家一直在不停的探索,直到上个世纪九十年代核酸疫苗(DNA和mRNA疫苗)的出现,让人们看到了希望。对于任何生物而言,生命功能的实现都离不开蛋白质。每种生物的蛋白质都是不同的,因此可以根据蛋白质的不同来判断不同的病原物。这也是我们接种天花疫苗只能预防天花,接种乙脑疫苗只能预防乙脑的原因。之前看过奇点文章的读者一定知道,蛋白质的合成过程为:DNA→mRNA→蛋白质。在整个生物界中,蛋白质合成的原理基本上都是一样的。因此将其他生物的mRNA注射到人体内,人体便可以合成相应的蛋白质。这也是DNA和mRNA能够成为疫苗的理论基础。

实际上mRNA是非常不稳定的,很容易被无处不在的RNA酶降解。因此要想利用mRNA,首先要解决的问题便是保证mRNA的稳定性。好在研究人员发现,在不破坏mRNA信息的情况下,“打扮打扮”(修饰或者改造)mRNA可以显著提高mRNA的稳定性。CureVac通过它们的技术平台,可以使mRNA疫苗在25℃条件下保存18个月,在40℃条件下保存6个月。

mRNA疫苗研发及生产流程十分简单,只需要获得病原物或者癌细胞特异蛋白的mRNA序列,然后稍加修饰就可以了。目前mRNA疫苗仅需6~8周即可进入临床试验,大大缩短疫苗研发的时间。此外,mRNA疫苗激发的免疫反应是十分强大的,它不仅可以合成特定蛋白,激发特异免疫反应,还可以通过自身激发人体基础免疫反应。这种特点是传统蛋白类疫苗不具备的。

那么DNA疫苗呢,为什么获得的关注比mRNA疫苗少?这里有两个原因,一是DNA疫苗需要病毒作为载体,可能存在潜在风险(在基因治疗的相关文章中有介绍);二是DNA需要进入到细胞的“最高指挥中心”细胞核,只有在细胞核中合成mRNA,再合成蛋白质才能起作用。这一过程原理上没有任何问题,风险主要在于DNA疫苗有可能会整合到人体细胞的基因组中,造成难以预料的后果。这就好比一个饱受内忧外患的国家,请求友邦派兵支援,结果友邦派遣的部队要驻扎在他们的指挥中心,难保友邦不会干扰内政。

因此,在解决mRNA稳定性问题之后,mRNA疫苗比蛋白类疫苗和DNA疫苗表现出了更大的优势,也更让人放心。这也是mRNA获得青睐的主要原因。

现在我就来讲讲mRNA疫苗的作用机制。每次写到人体内的各种分子活动时,都有种想象力不够用的感觉,好在人体内那个微观世界的运行机制和宏观世界的运行机制似乎有很多类似的地方。接下来,我们一起来看看mRNA导演的“谍战片”。

Moderna公司关于mRNA治疗的介绍

CV7201是CureVac研发的预防狂犬病的预防性疫苗,目前正在招募临床I期的自愿者。CV7201疫苗大概是狂犬病毒一种特异蛋白的mRNA,研究人员已经将它“打扮”包装成了CV7201。CV7201进入健康人体之后,直奔人体内的“工厂”–细胞内。然后一头扎进人体的蛋白质合成系统,将自身携带的信息转换成外源蛋白质。这些蛋白质就在细胞内一步步合成,包装,然后丢到细胞外。一旦这些外源特异蛋白被人体的“特警”–特异免疫T细胞发现,T细胞就会记住他们,当狂犬病毒进入人体时,T细胞会迅速根据之前mRNA留下的“犯罪证据”,直接“狙杀”狂犬病毒。“可怜的”狂犬病毒还没弄明白情况,就“含恨而死”,它们哪里知道是CV7201提前泄露了它们的体貌特征。

目前正在开展临床II期试验的CV9104是CureVac研发的用于治疗前列腺癌的治疗性疫苗。这类疫苗被研究人员设计的很有特点,比如说“贼眉鼠眼”,一脸坏相,有些mRNA还带着一帮坏兄弟。它们在进入人体之后,首先会因为它们“凶神恶煞”的造型,迅速引起了人体内的“警察”–非特异性免疫细胞的高度关注。然后它们溜进人体内的“工厂”–细胞内,开始大肆生产外源蛋白(前列腺癌细胞特异蛋白),并输送到细胞外,惊动了大量的“特警”–特异免疫T细胞。这样就将人体带入了全面的战争状态,之前没有引起人体免疫系统重视的癌细胞,终于在劫难逃。

CureVac研发药物及临床进展

目前mRNA疫苗的临床数据还不是很多,从CureVac在2011年公布的CV9201治疗非小细胞肺癌的数据来看,有84%的患者表现出较强烈的免疫反应。mRNA疫苗可以激发T淋巴细胞和B淋巴细胞的免疫反应。目前在世界最大的私有制药企业Boehringer-Ingelheim 6亿美元的支持下,CureVac已经同时开展了4组非小细胞肺癌mRNA治疗的临床试验。

尽管从原理上讲mRNA疫苗有很多优势,但是在更多的临床数据出来之前,一切都还是未知。更糟糕的是,有很多人更愿意将mRNA疫苗看做基因治疗。基因治疗由于对人体基因组不缺定的影响,一直很难获得批准。但是Moderna的CFO Lorence Kim告诉EP Vantage,“实际上mRNA治疗只是短暂的表达外源蛋白,然后mRNA会被降解掉,所以我们更像传统的药物,有个代谢周期;而不像基因治疗那样对人体产生长期的影响,而导致复杂的审查问题。请记住,mRNA治疗不是基因治疗。”

无论如何,mRNA治疗这种利用人体天然生产蛋白质的能力,预防和治疗疾病的设想一旦成功,对整个制药行业的影响是巨大的。这也难怪如此多的制药巨头纷纷与CureVac等掌握mRNA技术的企业合作。但愿我们每个人身上的制药厂可以早日开动。最后奉上一段Ted演讲,“如果mRNA成为一种药物会怎么样?”

日期:2015年11月28日 - 来自[技术要闻]栏目
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美德多家公司启动开发基于 mRNA 的新型药物

一种可以帮助人体细胞内部制造药物的分子不仅令科学家为之激动,也获得投资者的一致好评,这项大有前途的生物技术新领域吸引了数亿美元的争夺争夺战。

德国和美国公司在合成信使 RNA,即 mRNA 技术方面都处于领先地位,这将成为解决一系列疑难杂症的新方法。从理论上讲,mRNA 技术的潜在价值是巨大的,因为它可以用来解决 80% 的由蛋白质引发而难以用现有药物进行治疗的疾病,包括癌症,传染病,心脏和肾脏疾病。

尽管最近生物科技股被大量抛售,美国民主党总统候选人希拉里宣称严打药品定价,但 mRNA 技术的热情正在不断上涨。

成立四周年的 Moderna 公司总部设在美国马萨诸塞州,该公司在一月获得破纪录的 4.5 亿美元私募融资,估值达 30 亿美元,该公司已经获得大量关注,而德国公司也正在展现自己的实力。

在大学城图宾根,已经获得微软联合创始人比尔盖茨支持的私营企业 CureVac 上周从新的投资者筹集到 11 亿美元,估值达到 16 亿美元。另外美因茨的 BioNTech 与赛诺菲达成了关于利用基因对抗癌症技术的价值高达 15 亿美元的协议。Struengmann 家族在 2005 年出售仿制药生产商赫素给诺华,后期又建立了 BioNTech 公司。

此外,第三次 mRNA 健康大会本周正在柏林举行。Moderna,CureVac 和 BioNTech 都赞助了此次活动。

如今,生物技术药物都使用复杂的蛋白质或抗体来治疗疾病,而传统的片剂,如阿司匹林或伟哥是简单的化学品。利用合成的基因进行治疗更是一种完全不同的方法。

实际上,mRNA 就像是可以被注射到体内的程序,可以制造核糖体,利用这个在细胞内发现的「3D- 打印机」生产出所需的蛋白质。

「传统方法中治疗性蛋白质是在人体外生成,其中活性成分需要分离,纯化和冷却,然后重新植入人体,需要非常高的复杂性和成本,而新的方法完全不同,」CureVac 共同创始人兼首席执行官 Hoerr 表示。

单链 RNA 可以传递双螺旋 DNA 分子的编码信息,但由于其不稳定性,很长一段时间只在学术界引起兴趣。但随着化学水平的进步,RNA 稳定性和转录效果增加,为潜力药物的创造铺平了道路,但要证明其临床应用价值依然存在大量的挑战。

「这仍然是一个长期的赌注,」基金公司 Mann Bioinvest 首席投资官 Smith 表示,「我不认为现在已经有足够的准备。」尽管如此,越来越多的大型制药公司正在争相与基因公司进行交易。

至今最先进的一些研究工作都是在疫苗方面,其中 CureVac 在前列腺癌和狂犬病疫苗的临床试验中保持领先。总体而言,该公司已在 300 多个临床试验的参与者测试其产品,相对成熟的技术阶段意味着该公司可能会第一个推出 mRNA 产品上市。该公司表示,正为可能的首次公开募股作准备,但拒绝透露具体时间。

Moderna 还没有启动临床试验,但该公司有多个候选药物开展平行研究的大计划,合作伙伴包括阿斯利康,默克公司和 Alexion 公司。其中,阿斯利康心血管和代谢药物研发副总裁 Schindler 对 mRNA 的潜力尤为注意,mRNA 可以再生心脏组织,可能会为心脏衰竭带来一种全新治疗方式。

阿斯利康计划在 2016 年开始测试 mRNA 技术,以改善人体冠状动脉血流量。动物试验数据表明,合成的 mRNA 可以精确地传递并产生适量蛋白质,研究数据结果积极。「这个领域的发展非常迅速,」Schindler 表示,「我预测这将产生显著的影响。」作为化学合成的产品,Schindler 认为,mRNA 应该比目前昂贵的抗体药物更便宜。

但在优化药物输送和可能的副作用方面仍然存在潜在的障碍,但生物技术研发的历史表明,随着技术转移到大规模临床试验,一些不可预见的挫折是有可能出现的。目前在基因领域工作的其他公司包括 Argos,eTheRNA,Ethris 和因子生物科学。

日期:2015年11月17日 - 来自[新药]栏目
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