专访环码生物 | 发布最新环化技术数据,已完成环化和序列设计平台搭建,计划每年筛选10-15个靶点

发表时间:2022-06-21 18:40

2021年,mRNA疫苗上榜《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”榜单,再次印证了mRNA技术的发展潜力。期间,两款mRNA疫苗正式获批上市,mRNA抗体疗法进入临床I期,尝试基于mRNA的体内自扩增CAR-T


不过,正如硬币的正反面,mRNA同样也存在自身稳定性差,容易被体内核酸酶降解,有一定免疫原性等问题,这一定程度上限制了mRNA潜力的释放。


随着对RNA认知的深入,研究人员发现在真核生物体内广泛存在一类具有环形结构的内源性 RNA分子。大量研究显示,与线性RNA相比,环形RNA(circRNA)呈封闭环状结构,不易降解,可更高效稳定地表达蛋白质。因此,环形RNA也被称之为“mRNA2.0”。理论上讲,环形RNA有很大希望破解mRNA的局限性。


近日,环形RNA疗法公司环码生物Circode Bio)的研究团队在预印本平台BioRxiv发布了其专有的RNA环化技术平台groupII intron以及该平台的验证数据。


研究显示,groupII intron可高效生产不含外源序列的环形RNA分子这类分子能够稳定表达蛋白且其自身免疫原性较低


 来源:bioRXiv


在给小鼠注射编码SARS-CoV-2S蛋白RBD的环形RNA分子后,小鼠体内产生中和抗体的滴度高于已有线性RNA疫苗的临床前数据。新冠病毒疫苗的尝试,一定程度上验证了groupII intron技术平台的可行性,同时也对环形RNA疗法的开发具有一定的参考价值。


论文中指出,这项研究为高效生产环形RNA分子提供了一个通用技术平台,同时也展示出了环形RNA分子作为新一代mRNA疗法的潜力。


借此机会,生辉联系到环码生物联合创始人兼CTO杨赟博士,他向生辉介绍了本次数据的亮点以及环码生物当前的进展和规划。


杨赟是浙江大学生物化学与分子生物学博士,博士后期间跟随王泽峰教授开始研究环形RNA。他在RNA体外环化和翻译效率调控等方面拥有多年基础研究和技术开发经验;王泽峰环码生物的科学创始人,中科院计算生物学重点实验室主任、RNA系统生物学课题组组长,环形RNA调控机制和工程化应用方面具有较高水平的研究成果和技术积累。


从左到右分别是:杨赟、王泽峰以及首席运营官汤辰翔(来源:受访者提供)


2018年,杨赟王泽峰联合创办环码生物,这是一家基于环形RNA开发核酸药物的初创公司。2021年,该公司完成天使轮和Pre-A轮融资,并正式走出隐匿模式,投资方包括凯泰资本、杏泽资本、险峰旗云、昆仑资本、倚锋资本等。目前,该公司正在进行A轮融资,用于GMP车间建设以及工艺开发等。


发布更通用型环化平台最新数据,已完成初步验证


上文提到环形RNA分子在真核生物体内广泛存在,但如果要实现广泛应用,则需要在体外规模化制备。体外制备的一个关键步骤就在于环化。


目前,体外合成环形RNA分子的两种常用的方式是T4 RNA连接酶(T4RNA Ligase)系统和I型内含子核酶(group I intron)系统。前者通过T4 RNA连接酶的催化在分子内连接成环;后者则通过自剪接成环。


论文指出,T4 RNA连接酶将线性RNA末端连接成环,这一过程中通常需要加一段特定序列片段铆定RNA的5和3末端来提高反应效率,在技术上难以扩大生产规模。且该系统对RNA分子的长度有一定限制,会额外引入连接酶蛋白和铆定片段,增加分子纯化复杂性;I型内含子核酶系统虽然可以避免连接酶蛋白和铆定片段的使用,但会在最终产物中引入外源核苷酸序列,这些序列会影响环形
RNA的二级结构,进而可能引发细胞的天然免疫反应。


“我们需要一套更高效的环化系统,在体外合成不带任何外源序列且均的分子。”杨赟说。


在本次的研究中,从已知系统的局限性出发,该团队开发出了一种能够设计和生产可高效指导蛋白质翻译的环形RNA分子的新型技术。该技术基于II型自剪接内含子(GroupII intron)系统,可以高效实现RNA分子的共转录环化,且无外源序列的插入。


GroupII intron系统生产的环形RNA分子被纯化并转染到细胞中,然后通过部核糖体进入位点(IRES)启动环形RNA的非帽依赖型翻译。


环码生物环化系统设计原理(来源:bioRXiv


杨赟告诉生辉,经过一系列的筛选和优化设计,团队构建了一套高效的基于GroupII intron的环化系统。这是一个高效环化的通用型工具,针对所有大小的RNA分子(2kb-10kb)的环化效率都可以保持在60%-90%间。


他还表示,环码生物会继续优化迭代GroupII intron。这一系统,进一步提高复杂序列的环化效率。同时,团队也强调了序列设计的重要性,对于序列元件的理性设计也是系统优化的大方向。


“这一工具仅需要前体RNA分子,加上一些简单的金属离子就可以完成环化反应。这对后期工艺的开发是一个很大的优势,无需酶和额外步骤,只需要体外转录一步反应就可以生产出环化好的产物。”杨赟说。


GroupII intron技术平台搭建完成后,该团队对技术平台的安全性和有效性进行了验证。将环形RNA分子注射到小鼠体内,发现该分子可稳定表达蛋白,且纯化的环形RNA几乎不会引起先天免疫反应。


然后,他们还基于GroupII intron系统设计出了一款环形RNA新冠疫苗,并将其注射到小鼠体内。研究显示,与现有的mRNA疫苗和环形RNA新冠疫苗相比,在结合抗体和中和抗体滴度上的数据都表现更为亮眼。


分析环形RNA疫苗产生的结合抗体和中和抗体(来源:bioRXiv


“这对环形RNA的疗法如何具有一定参考价值,同时也验证了环形
RNA开发疫苗路径的可行性。”
杨赟补充道。



计划每年筛选10-15靶点

在公司成立的早期阶段,杨赟王泽峰两人主要进行环形RNA的基础研究,探索转化应用的可能性。2021年,相继完成两轮融资的同时,公司的发展走上了快车道。


本次预印本平台公布了GroupII intron环化技术的最新数据,是体外制备的关键。另一方面,翻译水平也是环形RNA分子用于治病的关键所在。“除了病毒IRES和已知的m6A修饰以外,一些短序列也可以促进环形RNA分子的翻译。我们进行了系统筛选,并确定了可帮助环形RNA分子翻译的序列文库,后续还进行了序列的拼接和组合。这些序列功能上与IRES相似,且实现了翻译元件的从头设计。”


杨赟介绍,目前,环码生物已基本完成了环化平台以及序列设计平台的搭建,并已布局相关专利。


“我们的管线开发策略更偏向于从治疗方向出发,结合现有的递送体系,去解决一些临床上尚未解决的问题。随着技术的不断更新,我们会不断更新迭代,动态挑选出当前环形RNA技术最适合的领域去尝试开发管线。计划一年内筛选10-15点,筛选后进行概念验证,达到预期效果的管线即推进IND。杨赟补充道。


根据官方信息,通过借鉴一些mRNA公司的管线开发策略,该公司正在基于新型的底层技术平台选定方向并快速迭代管线。现已布局多条管线,包括疫苗、蛋白替代疗法、抗体疗法等。不过,暂时还没披露具体的适应症,可能会涉及传染病、罕见病。


来源:受访者提供


杨赟透露,现阶段,已经在疫苗和抗体疗法上取得了一些进展,目前正在做动物学试验。其中,疫苗是其进展最快的管线。


“技术平台基本搭建完成后,我们的重点会放在快速迭代管线上,每年针对10-15靶点进行早期筛选,确定3-4合适的靶点。希望1-2年内至少有一条管线拿到IND批件,未来3-5年可以有5条管线进入到临床阶段,整体在管线形成阶梯式分布;另一方面,也会积极开展合作,与外部公司共同推进环形RNA分子疗法,最终发展成为一家真正的生物制药公司。”杨赟对此信心满满。



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