重磅！2024年张锋团队首篇重要研究成果PNAS发布

2024年3月4日，博德研究所张锋团队在PNAS 在线发表了题为“Human paraneoplastic antigen Ma2 (PNMA2) forms icosahedral capsids that can be engineered for mRNA delivery”的研究论文，研究系统地探索了人类PNMA蛋白，发现人类细胞分泌了许多PNMA。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307812120

研究背景

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基于RNA的疗法，包括基于mRNA的疫苗，具有广泛应用于各种疾病背景的潜力。为了实现这一潜力，我们需要一套能够有效包装并安全地将治疗性RNA货物运送到特定组织的递送载体。目前，已经开发了几种递送方式，包括非病毒方法，如脂质纳米颗粒(LNPs)，已成功用于递送寡核苷酸和mRNA治疗药物，以及病毒载体，如腺相关病毒(AAV)。然而，由于货物尺寸大小限制、免疫原性、难以实现组织特异性靶向和可扩展生产等因素的综合作用，这些方法的广泛适用性受到限制。

来自人类基因组的自然递送系统可能为新的工程基因转移方式提供基础，可以解决这些限制。最近的研究发现，人类基因组中存在多种内源性gag样基因，它们类似于逆转录病毒结构蛋白，因此可能被设计用于基因转移。其中一些基因，包括Arc和Peg10，已经被驯化，并在正常哺乳动物生理中发挥重要作用。先前的研究也表明，ARC和PEG10 gag样蛋白具有形成衣壳结构的能力，可以包装它们的同源mRNA。为了扩展这种天然能力，PEG10最近被设计成可编程地包装并将外源性货物mRNA递送到人类细胞中，证明了这些内源性逆转录转座子衍生蛋白作为一种新的核酸递送方式的潜力。为了进一步探索内源性gag样蛋白用于治疗性RNA递送的潜力，研究人员试图系统地表征副肿瘤Ma抗原(PNMA)蛋白家族。它在人类中含有超过12种蛋白质，最初是由于一些PNMAs编码副肿瘤神经系统疾病患者的自身抗原而被发现的。尽管一些PNMA家族成员先前已报道在细胞凋亡中起作用，但大多数仍然缺乏特征。然而，一些PNMA，包括小鼠PNMA2，已经被证明可以形成衣壳结构，这表明它们可能适合作为递送载体。

PNMA驯化逆向元件家族的领域架构和起源

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PNMA 家族可能是通过聚合酶 （POL） 区域的缺失而驯化的 Ty3/mdg4（也称为吉普赛人）逆转录转座子产生的。Eutherians中祖先PNMA的多次重复在包括人类在内的一些哺乳动物物种中产生了一个庞大的PNMA家族。在人类基因组中，PNMA分布在4条染色体上，其中一些聚集在一起——PNMA8a/b/c和CCDC8在19号染色体上共享相同的位点，PNMA3/5/6a/6e/6f在X染色体中共享相同的位点（图1A）。

人类PNMA基因的基因组定位和结构域结构。

我们使用结构建模比较了 14 种人类 PNMA 蛋白（1、2、3、4、5、6a、6e、6f、7a、7b、8a、8b、8c 和 CCDC8）的结构域结构，以及来自 tammar 小袋鼠 Macropus eugenii （MePNMA） 的有袋动物 PNMA，它是 Ty3/mdg4 的近亲（材料和方法）（图 1B）。除PNMA8a/b/c和CCDC8外，大多数人类PNMA都含有N端和C端衣壳结构域，基于AlphaFold的寡聚体预测表明PNMAs1、2、3、4和5可能形成多聚体。RRM 结构域也是高度保守的，仅在 PNMA7a 和 7b 中不存在。锌指结构域通常参与与核酸的相互作用，仅在一些PNMA中发现。在缺乏锌指的蛋白质中，有些蛋白质还含有富含K-R的结构域，该结构域可以类似地与核酸相互作用。

研究结果

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在这里，我们探索了人类PNMA蛋白形成衣壳和包装RNA的潜力。我们发现PNMA2作为二十面体衣壳从人类细胞中强烈分泌，并且可以在体外从重组蛋白中自组装。我们使用冷冻电子显微镜 （cryo-EM） 解析 PNMA2 衣壳的结构，并使用结构引导工程修饰 PNMA2 蛋白衣壳以包装 mRNA。我们发现，这些工程化的 PNMA2 衣壳可以在功能上将 mRNA 递送至受体细胞中，从而证明其作为治疗性 mRNA 递送载体的前景。除了PNMA2之外，我们发现其他PNMA家族成员能够形成病毒样衣壳，这表明它们也可能适合递送，并增加了这些蛋白质参与细胞间通讯的可能性。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307812120

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。