基于Argonuate蛋白结构的新型siRNA化学修饰技术的研究

siRNA引起的RNAi现象广泛发现于动植物等生物细胞内，具有高效、高特异的特点。RNAi途径中Argonaute蛋白参与siRNA的特异识别，催化解链以及配对剪切等，对基因沉默作用起关键调控作用。2008年，Masayuki等人进一步证实，Ago蛋白与siRNA末端特异性结合对RNAi的活性起重要作用，其中3'末端悬挂的碱基与Ago蛋白PAZ区特异性结合，结合能越低，越有助于增强基因沉默作用，同时可显著降低脱靶效应。本课题的研究是基于Ago蛋白PAZ区的晶体结构，针对其生物作用机制特点，应用化学合成的技术手段，系统研究siRNA 的3'末端不同悬挂碱基、修饰组合与生物活性之间的构效关系，重点解决siRNA技术存在的体内生物稳定性差、半衰期短等关键技术难点。课题的成功实施将极大的减少以往siRNA化学修饰研究中的盲目性和复杂性，为探寻靶向抗肿瘤siRNA药物奠定坚实的研究基础。

RNA干扰技术因其具有高效、高特异性、低毒性等有点，已成为药物研究领域中重点发展方向之一。然而siRNA因其生物稳定性差及脱靶效应等技术问题阻碍了其临床应用的进程。近年来，Argonaute蛋白被证实是RNA诱导基因沉默复合物（RNA-induced silencing complex, RISC）中的关键调控蛋白之一，在RNA干扰中参与siRNA的识别、解链以及催化切割mRNA等功能，对靶基因沉默作用起关键调控作用。本项目针对Ago蛋白与siRAN分子的协同作用机制，基于Ago蛋白的晶体结构，采用计算机辅助设计、荧光素酶活性筛选等研究方法，系统地研究化学修饰位点、修饰单体及修饰组合与生物活性之间的关系，由此筛选出具有显著基因沉默作用的siRNA化学修饰组合，并应用该修饰技术修饰针对MDM2基因的siRNA，对化学修饰MDM2-siRNA进行体外生物活性筛选。计算机辅助设计模拟不同化学修饰siRNA与Ago蛋白PAZ口袋区结合能量变化趋势，显示dTX修饰组合总结合能、范德华力作用结合作用均最小，且这一修饰组合siRNA在荧光素酶筛选方法中表现出更明显的对靶基因的沉默作用。由此我们推测3’末端的碱基是siRAN关键的修饰位点，且降低siRNA3’端与Ago蛋白PAZ区域的结合力可能可以增强其基因沉默作用，减少脱靶效应。随后我们设计合成不同修饰的MDM2-siRNA，对其沉默内源基因MDM2表达进行评价。结果显示dTX修饰组合能明显增强对内源基因MDM2的沉默作用，且其稳定性优于其他修饰组合。这一结果又一次证实了我们的推测。筛选获得的VII-siRNA6相较于未修饰MDM2-siRNA能明显提高基因沉默作用、稳定性以及体外抗肿瘤活性，可以作为较好的MDM2-siRNA抗肿瘤治疗药物的候选化合物，进行进一步的筛选和评价。总而言之，我们对siRNA 3’末端碱基进行化学修饰，建立了一套可通用可行的计算机模拟方法和化学修饰合成技术，为优化siRNA提供了一个新的战略方案。