撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
题图丨Pixabay
在过去的50年里，通过亚磷酰胺化学法合成RNA寡核苷酸促成了许多有价值的发现和治疗疾病的新方法。这最终促成了一系列治疗模式的发展，包括反义寡核苷酸（ASO）和短干扰RNA（siRNA）。ASO和siRNA传统上一直用于治疗罕见遗传病，它们通常经过化学修饰以增加结合亲和力、稳定性以及免受核酸酶降解。
随着mRNA新冠疫苗的成功，人们对RNA疗法的兴趣得到了空前增长，对大规模RNA制造需求显著提升，这给当前的生产能力带来了新的挑战。
2024年7月12日，哈佛医学院乔治·丘奇（George Church）团队在 Nature 子刊Nature Biotechnology期刊发表了题为：Template-independent enzymatic synthesis of RNA oligonucleotides 的研究论文。
该论文详细介绍了一种RNA酶促合成新方法，该方法生产单链RNA的效率和纯度与传统的化学合成相当，而且不需要模板序列，还消除了化学合成产生的有毒副产物，扩展了RNA疗法的潜力，带来了一种更好地制造RNA药物的方法。
该方法正在由George Church教授创立的EnPlusOne Biosciences公司进行商业化开发。
当前的亚磷酰胺化学合成法面临诸多障碍，阻碍了RNA寡核苷酸疗法的大规模生产。
首先，可扩展性是一个关键问题，亚磷酰胺化学合成法需要储存、处理和处置大量易燃有机溶剂，导致批次规模和整体生产能力都受到限制。此外，合成设施必须具备防爆性能，整个过程存在高风险，通常要受到严格的监管监督。
此外，亚磷酰胺化学合成法存在经济性差和工艺质量强度等问题，通常需要数千公斤的原材料投入才能产出仅几公斤的RNA寡核苷酸产品，这在一定程度上都由化学合成过程中确保RNA寡核苷酸存活所需的众多保护基团所导致的。
这些问题都为RNA寡核苷酸的大规模生产带来了关键瓶颈，并可能限制RNA疗法的未来潜力。
酶促合成寡核苷酸，而非使用传统的化学合成法，有可能满足对高质量和多样化RNA的预期需求。采用酶促法可能会由于简化了下游的纯化过程和具有更好的原子经济性，为RNA寡核苷酸的生产提供高产量和高纯度。水基工艺还可以消除有机溶剂的大规模消耗，并防止有害副产物的产生，从而减少寡核苷酸合成对整体环境的影响。
在这项最新研究中，研究团队开发并优化了一种水基、无模板的酶促RNA寡核苷酸合成平台，作为传统化学合成法的替代方案。通过使用新型CID1 poly(U)聚合酶突变体对带有常见 3′-O-烯丙基醚封闭基团（作为阻滞剂）的可逆终止核苷酸进行可控掺入，确保核苷酸一次一个地添加到RNA链中，一旦所需的核苷酸被添加到RNA链中，阻滞剂就会被移除，以允许下一个核苷酸结合，从而使得RNA寡核苷酸的酶促合成成为可能。
可控、非模板依赖的酶促RNA寡核苷酸合成过程概述
这种两步过程比典型的四步化学合成更简单，使用的试剂更少。该方法实现了平均95%的偶联效率，并且能够构建长达23个核苷酸的RNA分子。研究团队展示了十个完整的液相合成循环，以生产天然的和治疗相关修饰RNA序列。然后，研究团队在固相上对该平台进行了定性评估，在可控孔玻璃载体上进行了几种N+5寡核苷酸的酶促合成。
该平台能够一次写入一个碱基的天然或修饰的RNA寡核苷酸，无需模板序列。凭借改进的原子经济性和水相反应条件，这种酶促合成工艺在以可持续方式制造RNA治疗药物方面具有相当大的优势。
George Church教授
George Church教授表示，作为化学合成法的替代方法，酶促合成技术为RNA的合成提供了许多优势，这个平台可以以一种可持续的方式释放RNA疗法的巨大潜力，特别是为CRISPR-Cas基因编辑疗法制造高质量的向导RNA（gRNA）。
George Church教授创立的EnPlusOne Biosciences公司正在对该研究中开发的酶促RNA合成平台——ezRNA™ 进行 商业化开发。该公司成立于2022年，致力于 推动RNA疗法的未来， 其革命性创新平台ezRNA™利用酶的力量来合成RNA，并且能够整合各种各样的天然和修饰核苷酸， 有望开启RNA疗法可持续和可扩展的商业化生产。
目前正利用该平台生产可用于多种疾病治疗的siRNA，该公司日前宣布，ezRNA™平台已经成功合成了FDA批准的siRNA药物——Leqvio®（inclisiran），这款siRNA药物通过靶向抑制PCSK9，用于治疗高胆固醇血症。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41587-024-02244-w
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