NBT | 康奈尔大学钱书兵团队开发trans-RNA系统实现mRNA翻译起始的可编程调控

目前基因沉默技术已相对成熟，但选择性地激活细胞内特定mRNA的翻译仍然缺乏有效的工具。如何引导核糖体到特定的起始密码子而不改变mRNA的原始序列是项巨大的挑战。

真核生物的翻译起始是一个高度精细的过程，通常遵循5'端帽依赖的扫描模型。核糖体在mRNA上扫描并选择合适的起始密码子，但许多mRNA含有多个起始位点，它们会抑制下游主起始密码子的使用。

尽管已有一些方法尝试激活翻译，如利用CRISPR系统或内部核糖体进入位点（IRES），但它们都存在局限性，特别是在调控内源基因的选择性翻译起始方面。因此，迫切需要开发一种能够精确、可编程地引导核糖体到特定起始密码子的新工具。

2025年11月21日，康奈尔大学钱书兵团队在Nature Biotechnology发表了题为“Programmable initiation of mRNA translation by trans-RNA”的研究论文。研究设计了一种名为trans-RNA的可编程RNA工具，它通过自身携带的5’端帽结构和与靶标mRNA的碱基配对，能够引导核糖体到特定的起始密码子，从而激活或调控单个mRNA的翻译。

文章索引

【标题】Programmable initiation of mRNA translation by trans-RNA

【发表期刊】Nature Biotechnology

【发表日期】2025年11月21日

【作者及团队】康奈尔大学钱书兵和波尔多大学Yaser Hashem团队

【IF】41.7

研究结果

一、设计trans-RNA以实现对起始密码子选择的控制

研究人员设计了一系列带有5'端帽结构的短链RNA（trans-RNA），它们能与目标mRNA上的特定区域（如uORF和主ORF之间）形成双链结构。

通过调控trans-RNA 5'端非配对区域的长度，可以精确控制双链结构在核糖体上的位置，从而有效激活被uORF抑制的下游基因的翻译。

二、Trans-RNA通过协同机制促进核糖体扫描和翻译

利用实时荧光双链解旋实验，研究发现trans-RNA不仅通过自身的帽结构招募核糖体，还能与目标mRNA自身的帽结构协同作用。

这种协同作用可能通过形成一种环状结构，促进了从目标mRNA帽结构加载的核糖体的扫描效率。

三、Trans-RNA的作用独立于靶标mRNA自身的帽结构

实验证明，即使靶标mRNA没有5'端帽子或其帽结构被茎环阻断，trans-RNA依然能够有效激活其翻译，证实了trans-RNA招募核糖体的独立性。

冷冻电镜结构分析进一步揭示了核糖体在trans-RNA作用下识别非经典起始密码子的分子细节。

四、Trans-RNA能够驱动环状RNA（circRNA）的翻译

由于trans-RNA能够独立招募核糖体，研究人员将其应用于通常难以翻译的、不含IRES的circRNA。

实验表明，trans-RNA能够有效驱动circRNA的翻译，并且这种作用在小鼠体内通过脂质纳米颗粒（LNP）递送后依然高效，为circRNA的治疗应用开辟了新途径。

五、Trans-RNA实现对内源基因ATF4和C/EBPβ选择性翻译的调控

同样地，通过靶向C/EBPβ的不同起始密码子，可以精确调控其不同蛋白异构体（LAP和LIP）的比例，从而影响脂肪细胞分化和肝脏脂质代谢。

六、发现天然存在的trans-RNA作为内源性翻译调节因子

通过对细胞内带帽结构的小RNA进行测序（CapSeq），研究人员发现细胞内存在大量天然反义转录本（NATs）。

实验证明，其中一些NATs（如EPRS1-AS和ARF1-AS）能够像人工设计的trans-RNA一样，通过与同源mRNA结合来激活或调控其翻译，揭示了一种新的内源性翻译调控机制。

总结

本研究开发了一种创新的trans-RNA技术，首次实现了对细胞内单个mRNA翻译起始的可编程控制。该技术不仅为研究选择性翻译起始提供了强大的工具，还通过激活环状RNA翻译和调控内源基因功能，为RNA疗法带来了巨大的应用潜力，并揭示了天然存在的反义转录本可能作为内源性trans-RNA发挥着广泛的翻译调控作用。