创新治疗 时代已至

全球肆虐的突发疫情让mRNA疗法一战成名,制药巨头Pfizer&德国公司BioNTech、美国公司Moderna和中国公司艾博&沃森的mRNA新冠疫苗相继获批上市,让这一技术展现了无限潜力。mRNA理论上可以在患者细胞内按需生产任何蛋白质,从而实现对疾病的治疗,然而线性mRNA因其自身缺陷也面临诸多挑战。circRNA不含5’端Cap帽子和3’端polyA尾,通过反向剪接形成了共价闭合的环状结构,特殊的构象保护了circRNA不受核酸外切酶的降解,在体外合成时也无需复杂修饰,因此circRNA具有mRNA不可替代的稳定性高、免疫原性低、表达持久等优势。circRNA作为下一代RNA疗法的赛道新秀,正在崛起。

合成工艺 稳中求进

无论是基础研究还是药物开发,circRNA的人工合成都是绕不开的必要前提。与mRNA的制备工艺类似,线性RNA的获得来自于DNA模板的体外转录(IVT),随后将线性RNA进行体外环化,对获得的环化产物进行纯化,从而得到目的circRNA。

图1:mRNA与circRNA人工合成流程

体外转录

In Vitro Transcription, IVT

线性RNA可通过T7启动子高效转录获得,在这一过程中,T7 RNA聚合酶发挥了很大的作用T7耐高温高产量RNA合成试剂盒「吉赛生物R0405」可在更高的温度进行体外转录,提升了RNA的转录效率,增加了长片段RNA的合成产量,提高了共转录加帽效率,减少了dsRNA副产物的形成。在30µL标准体系中,1µg模板投入可转录产出250~300µg的RNA产物。

图2:50℃条件下保持强耐热性并高效转录

图3:合成300~6000nt长度的转录本时保持优良的转录效果

RNA环化

Circularization

将IVT得到的线性RNA进一步环化是circRNA人工合成的核心环节。目前,常用的circRNA人工合成包括Ⅰ型内含子自剪切(T4 bacteriophage或Anabaena)、Ⅱ型内含子自剪切和T4 RNA连接酶策略。自剪切策略利用了内含子核酶自催化剪切反应,T4链接酶策略则是利用连接酶催化RNA分子成环

图4:T4 RNA Ligase 1和T4 RNA Ligase 2的连接原理

T4 RNA Ligase 1「吉赛生物R0502」,是一种可以催化ssRNA、ssDNA或单核苷酸分子间或分子内形成连接的酶。T4 RNA Ligase 2「吉赛生物R0503」,是一种可以催化dsRNA分子内环化连接和分子间线性连接的酶。T4 RNA Ligase 2与T4 RNA Ligase 1不同的是,对dsRNA中的Nick的连接活性要大大高于对ssRNA末端的连接活性,因此借助RNA二级结构使RNA分子内连接成环通常采用T4 RNA Ligase 2 。

图5:更优的催化效果和更高的连接效率

图6:更高的连接效率,仅需1U即有明显的连接效果

ssRNA Cyclase是一种耐热连接酶,环状RNA合成试剂盒「吉赛生物R0501」可催化ssDNA和ssRNA的环化,能生产用于滚环复制或滚环转录实验或NGS的单链DNA模板以及合成小于500nt的circRNA

图7:45℃孵育60 min,可将85%以上的ssRNA转化为circRNA

circRNA纯化

Purification

消除线性RNA残余的干扰,是获得高纯度circRNA的关键。circRNA耐受RNase R消化,高效的RNase R「吉赛生物R0301」可以完全清除线性RNA,RNase R不仅是连接酶法circRNA人工制备的关键原料,在内含子自剪切策略中也是必不可少的。

图8:37℃孵育15min,吉赛与国外知名竞品消化效果相当

图9:37℃孵育30min,吉赛消化效果与国外知名竞品E相当,优于竞品A

 

注:数据计算以“RNase R+吉赛”组为对照,设定其相对丰度值为1。

图10:37℃孵育30min,吉赛与国外知名竞品富集效果相当

随后,通过层析等工艺进一步纯化,获得的纯化产物便可进入制剂环节

 

知识产权 加速布局

目前,国内外circRNA疗法新锐企业多在环化工艺上有所布局,吉赛生物的两项全球自主知识产权「circPure™ and circPrecise™」,率先提出利用AI技术模拟目标分子结构,对circRNA进行序列重设计以确定最佳的环化位点,circPure™实现了无需夹板直接环化,circPrecise™无需引入外显子序列实现精准自剪切。

图11:吉赛生物环化策略circPure™和circPrecise™

 定制型的原液生产 ,可以根据已被挖掘的治疗靶点进行抗原设计,开展早期验证以推进下一步大规模工业化制剂; 预制型的标准品 「吉赛生物R0701-04/R0801-04」,可以作为早期探索的阳性对照,用于 翻译表达验证 、 转染递送评估 、 工艺流程优化 等领域。

图12:制备效率可达90%

图13:制备纯度可达99%

图14:circPure™和circPrecise™体系预制标准品CircGFP荧光显微镜拍照

图15:circPure™和circPrecise™体系预制标准品CircLuc荧光素酶检测

千亿赛道 未来可期

2021年至今,circRNA赛道也备受资本关注,国内外相关企业陆续获得了近10亿美金的融资,默沙东和Orna Therapeutics更是达成了总额高达36.5亿美元的合作协议。作为基因治疗赛道的新兴挑战者,circRNA为开发更加高效的核酸药物提供了无限可能

 

转载请联系邮箱授权:circRNA@163.com

发表评论