‘ACS 케미컬 바이올로지(ACS Chemical Biology)’ 저널에 기술된 바와 같이, 일본 나고야 대학의 연구원들은 다양한 질병에 대한 맞춤형 메신저 RNA(mRNA) 백신의 생성을 가능하게 하고, 메신저 RNA를 대량으로 저렴하게 준비할 수 있는 새로운 순화학적(chemical-only) 공정을 개발했다.
코로나 바이러스 팬데믹 기간, 메신져 RNA 백신은 면역 강화에 성공적으로 사용되었다. 이러한 백신은 세포에게 신체의 면역 반응을 유발하는 단백질을 만드는 방법을 가르쳐, 이러한 자연 방어가 침입 바이러스를 인식할 수 있도록 한다. 그러나 현재 이러한 백신은 메신저 RNA의 정확한 분자 설계를 허용하지 않는 생물학적 프로세스를 사용하기 때문에, 변이체가 출현하여 새로운 백신을 만드는 데 있어 그 사용이 제한적이다.
백신에 사용되는 것과 같은 합성 메신저 RNA를 만들기 위해 현재 두 가지 생물학적 방법을 사용한다. 이 두 가지 모두 ‘캡 구조(cap structure)’를 메신저 RNA에 통합시키기 위해 효소에 의존한다. 그러나 일본의 연구원들은 캡 구조를 가진 화학적으로 변형된 다양한 메신저 RNA 가닥을 합성할 수 있다는 것을 발견했다.
이 연구는 프로세스를 완전히 제어하면서 화학적 변형이 정확하게 반영된 메신저 RNA를 만드는 것이 가능함을 시사하고 있다. 특히, 이 과정에 의해 생성된 분자 디자인은 효소 생성 메신저 RNA보다 5배 더 높은 중개 활성(translational activity)을 보여주었다. 이는 순화학적 합성을 이용하여 메신저 RNA를 저렴한 비용으로 대량 합성할 수 있음을 의미한다.
화학적으로 변형된 메신저 RNA는 바이러스와 암을 포함한 다양한 전염병에 대한 맞춤형 백신을 만드는 데 사용될 수 있다. 이러한 화학적 변형을 도입함으로써 메신저 RNA는 안정화를 달성한다. 이것은 오래 지속되고 효과적인 메신저 RNA 백신 생성을 가능하게 한다. 또한, 현재 백신에서 전달에 사용되는 지질 나노 입자를 사용하는 대신 메신저 RNA를 직접 투여할 수 있다.
이 연구의 흥미로운 함의 중 하나는 차세대 백신에 사용될 수 있다는 것이다. 연구원들은 이러한 캡핑 방식이 새로운 RNA 치료제 개발에도 큰 도움이 되기를 희망하고 있다.
[GT] Complete Chemical Synthesis of Minimal Messenger RNA by Efficient Chemicalcapping Reaction
As described in the journal ACS Chemical Biology, researchers at Nagoya University in Japan have developed a new chemical-only process that may enabled the creation of customized mRNA vaccines for a variety of diseases and allow for the inexpensive preparation of mRNA in large quantities.
During the COVID-19 pandemic, mRNA vaccines were successfully used to boost immunity. Such vaccines teach cells how to make a protein that triggers the body’s immune response, allowing its natural defenses to recognize the invading virus. However, these current vaccines use biological processes which do not allow for the precise molecular design of mRNA; this limits their use in creating new vaccines as variants emerge.
In order to prepare synthetic mRNA, such as that used in vaccines, two biological methods are currently used. These rely on enzymes to incorporate the so-called “cap structure” into the mRNA. However, the Japanese researchers found that their technique could synthesize a variety of chemically modified mRNA strands with a cap structure.
This research suggests that it is possible to make mRNAs with precisely introduced chemical modifications with complete control over the process. Notably, the molecular design produced by this process demonstrated five times higher translational activity than that of enzyme-produced mRNA. This means that mRNA can be synthesized in large quantities at low cost using chemical synthesis.
Chemically modified mRNA could be used to create customized vaccines against a variety of infectious diseases including viruses and cancers. By introducing these chemical modifications, the mRNA becomes stable. This could allow for the creation of long-lasting and effective mRNA vaccines. In addition, it could allow mRNA to be administered directly instead of using lipid nanoparticles, which are used for delivery in current vaccines.
One of the exciting implications of this research is that it could be used in the next generation of vaccines. And the researchers hope that the capping method reported here will be of great use in the development of new RNA therapeutics.
