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设计一种用于在特定位置修饰大RNA的DNA聚合酶。

Engineering a DNA polymerase for modifying large RNA at specific positions.

作者信息

Chen Dian, Han Zhanghui, Liang Xiaoge, Liu Yu

机构信息

State Key Laboratory of Microbial Metabolism, School of Life Sciences and Biotechnology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China.

出版信息

Nat Chem. 2025 Mar;17(3):382-392. doi: 10.1038/s41557-024-01707-6. Epub 2025 Jan 13.

DOI:10.1038/s41557-024-01707-6
PMID:39806142
Abstract

The synthesis of large RNA with precise modifications at specific positions is in high demand for both basic research and therapeutic applications, but efficient methods are limited. Engineered DNA polymerases have recently emerged as attractive tools for RNA labelling, offering distinct advantages over conventional RNA polymerases. Here, through semi-rational designs, we engineered a DNA polymerase variant and used it to precisely incorporate a diverse range of modifications, including base modifications, 2'-ribose modifications and backbone modifications, into desired positions within RNA. We achieved efficiencies exceeding 85% in the majority of modification cases, demonstrating success in introducing 2'-O-methyl, phosphorothioate, N4-acetylcytidine and a fluorophore to specific sites in eGFP and Firefly luciferase messenger RNA. Our mRNA products with N4-acetylcytidine, 2'-O-methyl and/or phosphorothioate have demonstrated the ability to enhance stability and affect protein production. This method presents a promising tool for the comprehensive functionalization of RNA, enabling the introduction of plentiful modifications irrespective of RNA lengths and sequences.

摘要

在基础研究和治疗应用中,对在特定位置具有精确修饰的大RNA的合成需求很高,但高效方法有限。工程化DNA聚合酶最近已成为RNA标记的有吸引力的工具,与传统RNA聚合酶相比具有明显优势。在这里,通过半理性设计,我们设计了一种DNA聚合酶变体,并使用它将多种修饰精确地掺入RNA内的所需位置,包括碱基修饰、2'-核糖修饰和主链修饰。在大多数修饰情况下,我们实现了超过85%的效率,证明成功地将2'-O-甲基、硫代磷酸酯、N4-乙酰胞苷和一种荧光团引入eGFP和萤火虫荧光素酶信使RNA的特定位点。我们具有N4-乙酰胞苷、2'-O-甲基和/或硫代磷酸酯的mRNA产物已证明具有增强稳定性和影响蛋白质产生的能力。该方法为RNA的全面功能化提供了一种有前途的工具,能够引入大量修饰,而不受RNA长度和序列的影响。

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