基于原核小干扰RNA技术的小干扰RNA规模化生产和体内运输体系的研究

RNA interference (RNAi), mediated by small interfering RNAs (siRNAs), is an important gene regulatory mechanism in eukaryotes. Synthetic siRNAs have become an indispensable tool for research and RNAi therapeutics are being developed to target various diseases. However， synthetic siRNAs are expensive and there are limitations in delivery. The lead applicant of this proposal has invented the world’s first and only genetic engineering-based method of making siRNAs in bacteria. Bacteria-made siRNAs, named pro-siRNAs for prokaryotic siRNAs, are highly efficient and specific in silencing genes in human cell lines (published in Nature Biotechnology). This project aims to perfect this unique technology. We will create an optimal method for large-scale and cost-effective production of pro-siRNAs using bacterial fermentation. We will also develop a stable lipid nanoparticle system for in vivo delivery of pro-siRNAs. The functions of this pro-siRNA delivery system will be tested in cancer cell lines and in mouse models. We aim to create a pro-siRNA-based platform technology that will be useful for both research and therapeutics.

小干扰RNA介导的RNA干扰是真核生物中重要的基因调控机制。化学合成的小干扰RNA已成为了科学研究中不可或缺的工具。针对多种疾病的小干扰RNA药物也正在研发之中。但是小干扰RNA价格昂贵，其在体内的运输也存在着一定的障碍。本项目申请人发明了世界上第一个也是唯一一个用基因工程的手段在细菌中生产小干扰RNA的方法。这种小干扰RNA被命名为pro-siRNA（prokaryotic siRNA），中文命名为原核小干扰RNA，可以在真核细胞中非常有效和特异地抑制基因表达（发表在“自然-生物技术”）。本研究项目将继续发展和优化用这个独特的技术，应用细菌发酵的方法，建立一个可以大规模、经济地生产小干扰RNA的技术。同时利用一种稳定脂质体纳米载体，开发原核小干扰RNA的体内运输体系，在细胞系以及动物模型中验证其功能，为建立一个基于原核小干扰RNA的生物技术和药物开发平台奠定基础。

RNA干扰（RNAi）是真核生物中重要的基因调控机制，通过长度约为22个碱基的双链小干扰RNA产生基因沉默的作用。通过设计和使用针对特异基因序列的小干扰RNA，可以有效地调控真核细胞中基因的表达。第一个基于小干扰RNA的药物已经于2018年被美国FDA批准上市，小干扰RNA将成为一种重要的个性化治疗药物品种。化学合成的小干扰RNA为这个技术主要的应用方式，但是化学合成过程复杂，产品价格昂贵。. 本项目负责人发明了世界上第一个也是唯一一个用基因工程的手段在细菌中生产小干扰RNA的方法，这个技术被命名为pro-siRNA（prokaryotic siRNA）technology，中文命名为原核小干扰RNA技术。但是这个技术存在着产量很低的局限性，另外小干扰RNA的体内运输也是很大的障碍。本项目通过优化细菌质粒、菌株，以及利用细菌发酵生产的方法，建立一个可以大规模、经济地生产小干扰RNA的技术。在细菌中实现了毫克级别小干扰RNA的生产，而且此方法的成本极为低廉。同时建立了一种稳定脂质体纳米载体，可以包裹小干扰RNA，并且可以在细胞和动物体内有效释放小干扰RNA并导致基因沉默。进一步针对疾病相关的基因，设计生产了原核小干扰RNA，在细胞系以及小鼠模型中验证了脂质体纳米载体与原核小干扰RNA复合物的功效。. 研究成果为建立一个基于原核小干扰RNA技术的、经济、高效的核酸药物开发平台，奠定了基础。同时为细菌中核酸代谢通路带来了新的认识，为细菌生产核酸产品的生物技术取得了宝贵的经验，研究成果同时具有科学和应用价值。