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saRNA体外合成:

目前针对常规mRNA(1,000~5,000 nt)已有较为通用的体外转录(IVT)反应体系。但值得注意的是,现有体系并非适用于任意长度的mRNA。随着mRNA序列的延长,转录难度也会提高,并且更容易发生降解。

自复制mRNA(saRNA)包含目标蛋白编码序列、以及长度约7,000 nt的复制子骨架序列,整体长度在10,000 nt左右,其合成体系需进行定制化开发和优化。青鸟核酸RNASci研发团队针对saRNA优化了IVT反应体系,实现了较高的转录比和RNA完整性。

IVT反应体系(saRNA):

反应体系 推荐浓度a 推荐浓度b 推荐浓度c 推荐浓度d 推荐浓度e
DNA模板 1 μg 1 μg 1 μg 1 μg 1 μg
HEPES 40 mM - - - -
TRIS-HCl - 40 mM
pH 7.0
40 mM
pH 7.0
40 mM
pH 7.41
40 mM
pH 7.0
二硫苏糖醇(DTT) 40 mM 10 mM 40 mM 40 mM 10 mM
RNase抑制剂 4 U 1 U/μL 1 U/μL 1 U/μL 1 U/μL
无机焦磷酸酶(PPase) - 0.002 U/µL 0.002 U/µL 0.002 U/µL 0.002 U/µL
T7 RNA聚合酶 100 U 4 U/µL 4 U/µL 4 U/µL 4 U/µL
醋酸钠(NaOAc) 10 mM - - - -
Mg2+ 75 mM 46.8 mM 10 mM 10 mM 50.97 mM
NTP 10 mM 7.78 mM 7.78 mM 7.78 mM 7.78 mM
DMSO - 10% 0 10% 10%
亚精胺 0.2 mM 2 mM 4 mM 2.27 mM 2 mM

a: Robin J Shattock等优化了IVT体系,适用于高产量和高质量saRNA的合成;
b-e: A.K. Blakney等开发的IVT体系,适用于高产量(b), 高质量(c), 低dsRNA(d), 兼具产量和质量(e)的saRNA合成。

核苷酸修饰:

在mRNA疫苗中掺入修饰核苷酸(1mΨ)能够减少先天免疫反应,提升RNA稳定性,同时增强翻译效率,以上发现是mRNA疫苗开发中的重大突破。然而,对于saRNA疫苗来说,掺入1mΨ 对蛋白表达的影响是负面的。也有研究显示,胞嘧啶修饰核苷(如5mC)可抑制saRNA的天然免疫反应,打破了saRNA疫苗无法使用修饰核苷的固有认知。
目前,saRNA倾向于使用非修饰核苷,或者使用几种推荐的修饰核苷,例如5-甲基胞嘧啶(m5C)、5-甲氧基胞嘧啶(5moC)和5-甲基尿嘧啶(m5U)。

天然核苷 修饰核苷
CTP 5-甲基胞嘧啶(m5C)、5-甲氧基胞嘧啶(5moC)
UTP 5-甲基尿嘧啶(m5U)

saRNA的基础纯化:

与mRNA类似,实验室规模的saRNA纯化策略包括氯化锂沉淀和磁珠纯化,该方法制备纯化得到的saRNA完整性较低,常用于基础的细胞转染实验、酶法加帽反应等。
用于动物试验的saRNA通常需更高的纯度、以及更严格的dsRNA控制标准,因此更偏向于使用层析纯化方案。