TNA酶搜索并切割突變RNA 于涵洋供圖
近日，南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院、化學和生物醫(yī)藥創(chuàng)新研究院ChemBIC、配位化學國家重點實驗室教授于涵洋課題組綜合運用合成化學與定向進化的手段，從隨機文庫中鑒定了具有RNA內(nèi)切酶活性的TNA序列，能選擇性沉默突變的EGFR（表皮生長因子受體）基因，為基因治療提供了新型工具。這一成果以《一種可以識別RNA上單位點突變的蘇糖核酸酶》為題，發(fā)表在《自然—化學》上。
RNA既能像DNA一樣存儲和傳遞遺傳信息，又能像蛋白質(zhì)一樣催化反應，因此，科學家們認為地球早期的生命形式可能使用RNA這一類分子同時承擔"遺傳物質(zhì)"和"酶"兩個角色。但是，在前生命環(huán)境中，RNA的自發(fā)合成仍存在挑戰(zhàn)，所以，科學家推測在地球生命進化早期，可能存在更簡單的核酸分子，作為原始的、前RNA遺傳物質(zhì)。
蘇糖核酸（threose nucleic acid，TNA）是一種化學結構更簡單的人工核酸。TNA可以與互補的DNA、RNA或TNA鏈，按照堿基配對的原則，形成穩(wěn)定的雙螺旋結構。這個性質(zhì)為信息在不同遺傳系統(tǒng)（例如TNA和RNA）之間傳遞提供了可能。因此，TNA是一種可能的、前RNA遺傳物質(zhì)。作為原始的遺傳物質(zhì)，TNA除了需要具備信息存儲和傳遞能力之外，還需要具有催化生物分子發(fā)生化學反應的活性。除了在探究生命起源相關問題方面具有重要的科學意義，這些能加速化學反應的TNA酶在生物技術和分子醫(yī)學領域也有潛在的應用價值。TNA可以有效抵抗核酸酶的降解，具有優(yōu)越的生物穩(wěn)定性，因此，開發(fā)功能性TNA能夠為基因治療等領域提供新型工具。
研究者利用體外篩選技術從隨機文庫中鑒定了多個具有RNA內(nèi)切酶活性的TNA序列。其中Tz1具有最高的催化活性，研究者對其進行了系統(tǒng)的結構和生化表征。因為RNA是細胞內(nèi)遺傳信息流動的關鍵一環(huán)，因此可作為生物醫(yī)藥領域的重要靶點。研究者嘗試使用Tz1切割一個EGFR突變基因產(chǎn)生的RNA，該突變導致非小細胞肺癌患者對酪氨酸激酶抑制劑類的靶向藥產(chǎn)生耐藥。研究者意外地發(fā)現(xiàn)Tz1能區(qū)分底物上的單位點突變，即選擇性切割發(fā)生了突變的基因轉錄本，而不影響正常的基因轉錄本。利用這個性質(zhì)，研究者進一步展示了Tz1可以在細胞內(nèi)介導高度選擇性的基因沉默，為基因治療提供了新型工具分子。
這一研究工作鑒定了具有RNA內(nèi)切酶活性的TNA序列，為TNA作為原始遺傳物質(zhì)提供了進一步的實驗支持。另一方面，該TNA酶能區(qū)分底物RNA上的單位點突變，在細胞內(nèi)選擇性沉默突變基因的轉錄本，為基因治療提供了新型工具分子。
