科学家开发高效偶联适体新方法，推动新型功能性核酸生物医学用途

继双螺旋之后，G-四链体（G-Quadruplexes, G4s）被认为是至关重要的非经典 DNA 或 RNA 二级结构。

多年来，G4s 已被证明在多种生物过程中具有重要的调节作用。与 DNA G4s（dG4s）相比，RNA G4s（rG4s）的研究直到近年来才逐渐受到关注。

rG4s 由富含鸟嘌呤的多个 G-四分体（G-tetrads）组装，每个 G-四联体由四个鸟嘌呤以环状 Hoogsteen 氢键和中心阳离子（如 K+）配位稳定的平面排列而成。

rG4s 发挥着重要的基因组调控功能，例如端粒维持、mRNA 转录后调控和非编码 RNA 成熟加工等，已经成为研究核酸二级结构如何影响细胞过程的焦点。

rG4s 的形成一直被科学家们视为一种动态和短暂的行为，因此，开发用于检测和调控活细胞中 rG4s 的工具仍然具有挑战性。

近年来，香港城市大学郭骏杰副教授团队率先开发了 rG4-SELEX 和 G4-SELEX-seq，用于筛选一系列非天然的 L-RNA 适配体，靶向功能性rG4s[1-6]，并且被 rG4 和核酸领域高度认可。

郭骏杰表示，L-RNA 作为非天然核酸，由于具有很强的核酸酶抗性和生物稳定性，可以通过非碱基互补配对作用的特异性，来识别目标 rG4s。

但是值得关注的是，L-RNA 适体穿透细胞膜的能力较差，进入细胞往往需要通过脂质体转染，这极大地限制了它在生物学领域的应用。因此，迫切需要开发出一种有效和通用的方法，以提高细胞对 L-RNA 适配体的摄取。

（来源：Angewandte International Edition Chemie）

近期，郭骏杰课题组在 Angewandte International Edition Chemie 报道了一种使用细胞穿膜肽将靶向 rG4s 的 L-RNA 适体转运到细胞质中的新策略[7]。

通过点击化学将多聚精氨酸残基共价连接到 L-RNA 适体上，并产生了第一个 L-RNA 适体-肽偶联物（Tamra_Ahx_R8_L-Apt.4-1c）。

在该研究中，通过高效偶联 L-RNA 适体和穿膜肽的点击反应，该偶联物使 L-RNA 适体在提高细胞内化效率的同时，保留了与目标 rG4 的亲和力及特异性。

并且，由此进一步证明了 L-RNA 适体-穿膜肽偶联物能够有效抑制 5’UTR和 3’UTR 上 rG4 介导的翻译，从而实现了基因调控。该研究表明，Tamra_Ahx_R8_L-Apt.4-1c 是调节 rG4 介导的基因表达的有效工具。

（来源：Angewandte International Edition Chemie）

与以往研究相比，这项研究的主要优势体现在以下三方面：

第一，利用点击化学开发了一种高效偶联 L-RNA 适体和穿膜肽的方法，偶联效率高达 94%。

第二，通过优化穿膜肽序列和连接子长度，筛选出 L-RNA 适体-肽偶联物 Tamra_Ahx_R8_L-Apt.4-1c，该偶联物的细胞内化效率极大提升，并特异靶向目标 rG4 序列。

第三，展示了 Tamra_Ahx_R8_L-Apt.4-1c 能够结合 mRNA 上不同区域 rG4 基序，并实现基因调控。

（来源：Angewandte International Edition Chemie）

具有潜在生物医学用途的新型功能性核酸，是当今化学生物学领域的前沿和热点。与小分子探针、抗体等传统的 rG4 识别试剂相比，L-RNA 适配体具有生物稳定性好、特异性强、易于进行化学和生物修饰的优势。

该论文第一作者、香港城市大学博士后张坤表示：“我们探索了提高 L-RNA 适体的细胞摄取效率的方法，有望成为继抗体和小分子后，第三类高效靶向和调控 rG4 的工具。”

审稿人对该研究评价称，这是一项重要的开发新型功能性 RNA 适体缀合物的系统和基础研究，促进了新型功能性核酸的潜在生物医学用途，对推动基于核酸的治疗领域具有重要的意义，会引起化学、生物学和医学领域研究人员的极大兴趣。

图丨相关论文（来源：Angewandte International Edition Chemie）

近日，相关论文以《合理设计 L-RNA 适配体-肽偶联物，用于高效的细胞摄取和 G-四链体介导的基因控制》（Rational Design of L-RNA Aptamer-Peptide Conjugate for Efficient Cell Uptake and G-quadruplex-Mediated Gene Control）为题发表在 Angewandte International Edition Chemie[7]。

香港城市大学博士后张坤是第一作者，香港城市大学郭骏杰副教授担任通讯作者。

图丨从左至右：张坤博士、郭骏杰副教授（来源：该团队）

郭骏杰课题组长期从事核酸化学和生物学研究。他们致力于研究 RNA 结构和相互作用在生物学中的作用，用于检测、成像、干扰 RNA 结构和相互作用的靶向工具的开发, 以及感知化学污染物和病原体的新技术。

主要包括 G-四链体结构/相互作用、RNA 生物学和基因调控以及适配体开发与应用等。下一步，该课题组将继续优化设计 L-RNA 适体的递送体系，提高亲和力和特异性，并致力于在动物实验方面有所突破。

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