StitchR是一种新型基因治疗方法，通过将大型基因分成两个部分进行递送，针对肌肉萎缩症，从而在动物模型中恢复关键蛋白质。
基因治疗在治疗各种疾病方面显示出希望，但对于像肌肉萎缩症这样严重的疾病，一个显著的挑战存在于涉及的基因大小。导致肌肉萎缩症的基因通常非常大，使得当前的递送方法很难将这些庞大的遗传材料运输到体内。一种名为“StitchR”的新方法通过分开递送基因的两半来克服这个挑战。一旦进入细胞，这些DNA片段产生的信使RNA（mRNA）容易结合，以重新建立由于病情而缺失或未正常功能的蛋白质的表达。
据《科学》杂志报道，StitchR（“缝合RNA”的缩写）成功恢复了两种不同肌肉萎缩症动物模型中大型治疗蛋白的正常水平。这种技术使得在患有肢带肌肉萎缩症2B/R2的患者中表达缺乏的Dysferlin，以及在杜氏肌营养不良症患者中缺乏的Dystrophin成为可能。
杜氏肌营养不良症（DMD）是最常见的早发型肌肉萎缩症，通常导致年轻男孩在青少年时期需要轮椅，并在二十多岁时面临寿命限制。肢带肌肉萎缩症导致肌肉虚弱和萎缩，特别是在肩膀、臀部和大腿部，妨碍个体站立、移动和进行日常活动的能力。
“基因治疗是一种有效的方法，可以将健康基因的副本重新导入患者细胞，解决遗传疾病，但用于递送这些遗传信息的小载体限制了它们治疗许多与大型基因突变相关疾病的能力，”首席作者、罗切斯特大学医学与牙科学院Aab心血管研究所助理教授Douglas M. Anderson博士表示。“我们采用了一种高效的双载体系统，而不是通过一个载体发送整个基因，将两个基因的两半分别传输，然后在靶组织中合并形成完整的 mRNA。”
这一技术源于几年前实验室中的一个意外发现，他们观察到当两种不同的mRNA被称为酶的RNA小片段切割时，它们无缝融合并翻译为全长蛋白质。研究人员发现，酶会切割RNA并产生细胞自然修复机制可以识别的末端。
“就像CRISPR酶切割DNA那样，CRISPR充当剪刀，细胞的修复酶重新连接DNA，我们建议对于RNA可能发生类似的机制，使用酶作为剪刀，细胞的修复途径将两个RNA片段缝合在一起。两个独立的mRNA能够彼此找到的效率令人印象深刻，”Anderson指出，他还在罗切斯特大学RNA生物中心工作。
该实验室显著提高了这种方法的效率（比早期测试高出900倍），并将这一技术转变为一种强大的基因递送机制。当将大型治疗基因的两个部分包含在腺病毒相关病毒（AAV）载体中时，因其在基因治疗中因安全性和在人体内非致病性特征而被广泛使用，酶会切割mRNA的末端，使其结合成一个单一、连续的mRNA，可以在目标组织中产生蛋白质。
研究团队，包括最近在Anderson实验室完成博士学位的共同首席作者Sean Lindley，确定组装的mRNA与其天然全长版本的功能相当，能够有效地将遗传指令翻译为功能性蛋白质。
自切割的酶是StitchR操作的关键，自然存在于各种物种中，并属于几个家族，每个家族展示出不同的切割活性。在测试了多个酶家族和序列后，他们最终发现了一个组合，实现了高水平的蛋白质生产，几乎匹配从单载体表达的基因产生的水平。
“Doug在发现两个不同mRNA片段如何在细胞中无缝结合以创建功能性mRNA方面的创造性和细致性真是令人振奋，”UR RNA生物中心主任Lynne E. Maquat博士评论道。“尽管这个想法看起来简单，但优化所涉及的分子以实现稳定性和最大效率需要大量实践实验。”
Anderson提到，StitchR可以与多种用于基因递送或表达的载体相适应，并且似乎在任何mRNA序列上都能有效工作，这可能扩大其在许多疾病中的潜在应用。“StitchR现在非常灵活。它的序列要求最低，我们成功测试了不同的基因和序列，”他补充道。
这一技术的另一个好处是确保只产生全长蛋白质。
“尽管其他双载体策略已经探讨了多年，但它们往往在效率和产生不完整蛋白产品的风险上苦苦挣扎。StitchR在RNA水平的操作允许精确控制，确保只生成全长蛋白产品，这使其与其他双载体方法（如内肽素）有所不同，后者需要生产较小的、片段性的蛋白质，可能会产生意想不到的细胞效应，”Anderson解释道。
“从最初的实验室观察到潜在治疗用途，这是一段漫长而有成就的旅程，这一直是我们研究的一个关键目标。随着StitchR和其他创新的发展，我们正在朝着一些最严重的遗传疾病的治疗迈进，这些疾病中许多目前缺乏有效的治疗或治愈方法，”Anderson补充道。
该实验室当前正与其他研究小组合作，并开发StitchR载体以解决由大型基因引起的各种疾病，目前已有数千种此类疾病。
除了Anderson和Lindley外，其他来自SMD的 contributors 包括Kadiam C. Venkata Subbaiah（共同首席作者）、Pornthida Poosala、FNU Priyanka，以及技术人员William Richardson和Tamlyn Thomas，以及来自CANbridge Pharmaceuticals的科学家Yijie Ma、Leila Jalinous和Jason A. West。这项研究得到了罗切斯特大学、贾因基金会、CANbridge Pharmaceuticals和Scriptr Global, Inc.的资助。Anderson是Scriptr Global, Inc.的共同创始人，并在StitchR和其他RNA技术方面拥有几项待批准的美国和国际专利，Scriptr从罗切斯特大学许可使用StitchR。
