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mRNA的 5’Cap结构是一种必不可少的修饰,有助于mRNA逃避细胞先天性免疫反应、实现蛋白质翻译。体外转录(IVT)制备mRNA的工艺中,常见的加帽方法包括酶法加帽和共转录加帽。其中共转录加帽在IVT反应的同时就可以完成,能够简化mRNA的工艺流程。
共转录加帽法需在IVT体系中添加帽类似物(Cap Analog)。使用ARCA、CleanCap等不同结构的帽类似物时,需注意其与mRNA转录模板序列的匹配性,具体为T7启动子下游序列。
首先是GG模板,序列为:5’-TAATACGACTCACTATAGGG…-3’。 GG模板来源于III级T7启动子(T7 promoter class III),适用于GG类型的帽类似物,如第一代帽类似物m7G(5’)ppp(5’)G和第二代抗反向帽类似物ARCA(均为Cap 0帽结构)。
其次是AG模板,序列为5’-TAATACGACTCACTATAAGG…-3’。 AG模板是T7启动子的一种变体,目的是适应第三代帽类似物CleanCap AG(m7GpppmApG),即GAG Cap。GAG Cap是目前mRNA制备中最常用的帽类似物,能直接添加Cap 1帽结构。辉瑞/BioNTech开发的新冠mRNA疫苗BNT162b2利用了GAG帽类似物进行共转录加帽。
最后是AT/AU模板,序列为:5’-TAATACGACTCACTATAAT…-3’。 自复制mRNA(saRNA)是一类特殊的mRNA,通常使用一种RNA病毒——甲病毒(alpha病毒)基因组序列作为骨架。这类病毒基因组的5'端起始序列为AU,为保留其天然结构,AT/AU模板得以开发,对应的商业化帽类似物有CleanCap AU。 使用AT模板与对应的帽类似物,得到的mRNA 5’端序列为GAU。根据日本药品监管机构(PMDA)公开信息,首款获批上市的新冠saRNA疫苗ARCT-154(Zapomeran)采用了GAU的帽结构。