Angew. Chem. Int. Ed.：消灭癌细胞，直接捕获胞内致癌性microRNA！

【研究背景】

在自然界中，各种非编码RNA通过结合和抑制其他编码或调控RNA在表观遗传调控中发挥关键作用。它们通常会进化出特别的结构配置，以确保其在生命系统中的功能。例如，microRNAs（miRNAs）需要与Argonaute（Ago）蛋白结合，形成核糖核蛋白，即所谓的RNA诱导沉默复合物（RISC），它可以结合并抑制mRNA。而环形RNA（cirRNAs）作为自然界中有效的miRNA海绵，具有封闭的拓扑结构，可以增强其抵抗体内酶促降解的稳定性。将外源非编码核酸直接递送到活细胞中已经引起了生物学应用的强烈兴趣。然而，细胞进入效率和靶标捕获能力仍有待提高。

【成果简介】

近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心王飞副教授团队开发了一种分割多聚腺嘌呤为球形核酸（polyA-SNAs）的方法，以有效捕获活细胞中的致癌性microRNA（miRNA）。研究发现，polyA-SNAs表现出较高的细胞摄取效率，对抗miRNA序列的结构不敏感。通过编程polyA的长度，作者可以精确地设计polyA-SNA中抗miRNA序列的空间结构。与密集紧实的SNAs相比，间隔化的polyA-SNA与miRNAs结合具有更强的捕获能力。进一步研究证明，polyA-SNAs可作为高效的miRNA海绵，用于捕获活细胞和小鼠体内的致癌性miRNA。通过对miRNA的有效捕获可显著抑制体内外肿瘤的生长。该论文以题为“Compartmenting poly-adenine-based spherical nucleic acids for efficient live-cell microRNA capture”发表在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上，焦凯、闫庆龙、郭琳洁为共同第一作者。

【图文导读】

图一、具有不同polyA长度的PolyA-SNAs表征

（a）DNA链密度对polyA长度依赖关系的示意图。

（b）polyA-SNAs的TEM图像。

（c）不同polyA长度的SNAs上每个粒子DNA链数量的量化。

（d）通过DLS表征的SNAs的水合直径。

图二、捕获具有空间位阻的mir21靶点的能力

（a）利用DNA-AuNPs模拟具有空间位阻的靶点的示意图。

（b）反映抗mir21 SNAs捕获能力的代表性TEM图像和统计数据。

图三、polyA-SNAs的细胞摄取和胞内miRNA捕获

（a）用polyA-SNAs处理的293T细胞的暗场显微图像。

（b）ICP-MS定量测定每个293T细胞中AuNP的数量。

（c）流式细胞术分析polyA-SNAs在293T细胞中的mir21捕获能力。

（d）经polyA-SNAs处理的293T细胞中未结合mir21的RT-qPCR分析。

图四、通过polyA-SNA拯救抗癌基因

（a）polyA-SNA拯救EGFP示意图。

（b）流式细胞术分析polyA-SNAs对293T细胞EGFP-R表达的影响。

（c）用polyA-SNAs处理MCF7细胞后mir21表达的RT-qPCR分析。

（d）与polyA-SNAs或指定对照孵育后MCF-7细胞中TPM1的蛋白表达。

（e）相同浓度的polyA-SNAs伸出抗mir21序列或随机序列诱导的细胞毒性。

图五、polyA-SNAs引起的肿瘤生长抑制

（a）小鼠实验流程示意图。

（b）瘤内注射Cy5.5标记的polyA-SNAs和游离的抗mir21序列后小鼠MCF-7肿瘤的荧光图像和荧光统计。

（c）注射后26天的肿瘤体积变化动态。

（d）所示各组小鼠肿瘤的代表性图片和平均重量。

（e）polyA-SNAs治疗前后荷瘤小鼠体重的变化。

【结论展望】

综上所述，作者报道了一种新的基于polyA程序化SNAs的miRNA抑制策略。研究发现，与其他结构相比，在适当的polyA长度下，SNAs可以获得更高的miRNA捕获效率。作者证明该系统可以应用于体内，有效抑制致癌性miRNA mir21，拯救抑癌基因TPM1，抑制肿瘤生长。这种polyA-SNA系统有几个优点。1）SNA表面抗miRNA链的构象和侧向间距可以通过polyA长度来调节，从而优化其与miRNA-Ago复合物的捕获能力；2）polyA-SNAs与其他密集型SNAs相比具有较高的细胞进入效率。因此，细胞进入和靶向捕获效率之间的冲突可以得到很大程度的解决，从而能够在细胞/体内有效地传递和发挥作用。相比之下，一些利用纯DNA结构作为载体的策略仍然存在细胞进入效率低下的问题，需要转染试剂；3）SNAs的直接递送避免了阳离子载体或病毒载体的使用，从而减轻了对毒性、持续表达或宿主基因组突变的担忧。此外，作者期望此策略可容易地适用于递送其它外源合成的功能核酸（例如，RNA探针、小干扰RNA）以用于包括分子识别和表观遗传学治疗的应用。

文献链接：Compartmenting poly‐adenine‐based spherical nucleic acids for efficient live‐cell microRNA capture (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202017039)

本文由大兵哥供稿。

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