Nature | 晴天霹雳！mRNA疫苗中的m1Ψ修饰会导致核糖体移码，产生脱靶的非预期蛋白，对mRNA疫苗带来新的挑战
体外转录(IVT) mRNAs是可以对抗人类疾病的方式，例如它们被用作新冠病毒的疫苗。IVT mRNAs被转染到靶细胞中，在靶细胞中被翻译成重组蛋白，编码蛋白的生物活性或免疫原性发挥预期的治疗效果。修饰的核糖核苷酸通常被纳入治疗性IVT mRNA中以降低其先天免疫原性，但它们对mRNA翻译保真度的影响尚未得到充分探讨。
近期，英国剑桥大学James E. D. Thaventhiran、Anne E. Willis共同通讯在Nature 在线发表题为“N1-methylpseudouridylation of mRNA causes +1 ribosomal frameshifting”的研究论文，该研究证明在体外将N1-甲基假尿苷掺入mRNA可导致+1核糖体移码，并且小鼠和人在接种疫苗后对BNT162b2疫苗mRNA翻译产生的+1移码产物产生细胞免疫。
观察到的+1核糖体移码可能是IVT mRNA翻译过程中N1-甲基假尿苷诱导的核糖体停滞的结果，在核糖体光滑序列上发生移码。然而，该研究证明了这种序列的同义靶向提供了一种有效的策略来减少+1位移产物的产生。总的来说，这些数据增加了人们对修饰核糖核苷酸如何影响mRNA翻译保真度的理解。尽管没有关于基于mRNA的新冠病毒疫苗在人类中误译的不良后果的报道，但这些数据突出了未来基于mRNA的治疗方法的潜在脱靶效应，并证明了序列优化的必要性。
治疗性IVT mRNA的一个关键特征是它们含有修饰的核糖核苷酸，这已被证明可以降低先天免疫原性，并可以额外增加mRNA的稳定性，这两者都是mRNA治疗的有利特征。例如，临床批准的新冠病毒 mRNA疫苗含有N1-甲基假尿苷(1-methylΨ)，已被证明可降低IVT mRNA的先天免疫原性。一些修饰的核糖核苷酸，如5-甲基胞苷(5-甲基C)，是真核生物中自然发生的转录后mRNA修饰，而另一些则不是，如1-methylΨ。
作者研究了5-甲氧基尿嘧啶(5-methoxyU)、5-甲基C和1-methylΨ如何影响IVT mRNA的翻译。5-甲氧基yU、5-甲基C和1-methylΨ已被用于IVT mRNA中，试图增加体外重组蛋白的合成，并用于IVT mRNA治疗的临床前概念证明。如前所述，1-methylΨ是一种核糖核苷酸，用于已获许可的基于IVT mRNA的新冠病毒疫苗，但也用于正在开发的基于mRNA的人类疫苗和疗法。
1-methylΨ修饰 mRNA的翻译产生+1移码多肽（图源自Nature ）
尽管它们被广泛使用，但令人惊讶的是，人们对核糖核苷酸修饰如何影响蛋白质合成，特别是治疗性IVT mRNA的翻译知之甚少。由于几个原因，人们对修饰的核糖核苷酸如何影响mRNA翻译的保真度感兴趣。某些核糖核苷酸修饰可以重新编码mRNA序列(例如，肌苷)。在原核生物中，5-甲基C在mRNA翻译过程中增加误读，但其对真核生物mRNA翻译保真度的影响尚未被探讨。5-甲氧基嘌呤对翻译保真度的影响尚未被研究。假尿苷(Ψ)已知会增加真核生物mRNA停止密码子的误读，并可能影响原核生物mRNA翻译过程中的误读。1-methylΨ似乎不影响密码子误读，但已被证明影响mRNA上的蛋白质合成速率和核糖体密度，这表明对mRNA翻译有直接影响。
1-methylΨ是一种修饰的核糖核苷酸，在mRNA翻译过程中显著增加+1核糖体移码，并且在接种含有1-methylΨ的mRNA后可以发生对+1移码产物的细胞免疫。除了对宿主T细胞免疫的影响，核糖体移码的脱靶效应可能包括增加新的B细胞抗原的产生。其他核糖核苷酸修饰策略，如5-甲氧基嘌呤的掺入，显著降低了IVT mRNA的翻译效率，这可能限制了临床翻译。这些发现对于人们理解核糖核苷酸修饰如何影响mRNA翻译的基本原理，以及设计和优化未来基于mRNA的治疗方法以避免可能降低疗效或增加毒性的误翻译事件具有特别重要的意义。
（来源：iNature）
原文出处：Mulroney TE, Pöyry T, Yam-Puc JC, Rust M, Harvey RF, Kalmar L, Horner E, Booth L, Ferreira AP, Stoneley M, Sawarkar R, Mentzer AJ, Lilley KS, Smales CM, von der Haar T, Turtle L, Dunachie S, Klenerman P, Thaventhiran JED, Willis AE. N1-methylpseudouridylation of mRNA causes +1 ribosomal frameshifting. Nature. 2024 Jan;625(7993):189-194. doi: 10.1038/s41586-023-06800-3. Epub 2023 Dec 6. PMID: 38057663; PMCID: PMC10764286.
