Transport of RNA therapeutics to the nucleus through NLS-fused RNA binding protein

Abstract

RNA 치료제는 희귀질환 치료에 엄청난 잠재력을 보이며, 현재 치료가 불가능한 질병에 대한 새로운 희망을 제시하고 있다. RNA 치료제에는 짧은 간섭 RNA (siRNA), 합성 마이크로 RNA (miRNA), 안티센트 올리고뉴클레오타이드 (ASO)가 포함된다. 짧은 간섭 RNA와 합성 마이크로 RNA는 유전자 침묵을 유도하여 mRNA를 분해한다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드는 세포질과 핵에서 RNA에 결합하여 리보뉴클레이즈H 매개 mRNA 분해를 유도하거나 핵에서 스플라이싱 조절과 pre-mRNA 불안정화를 통해 유전자 발현을 조절한다. 일부 RNA 치료제는 핵에서 유전자 발현을 조절하지만, 핵 안으로 들어가는 효율이 낮아 고농도로 투여해야 한다는 한계가 있다. 본 연구에서는 핵위치신호 (NLS) 펩타이드와 융합된 MS2 단백질을 이용하여 RNA 치료제를 핵으로 수송하는 방안을 제시했다. RNA 치료제로는 유전자 침묵 활성을 위해 핵에서 초기 절단이 필요한 MS2 pri-miRNA가 사용되었다. 연구 결과, MS2-NLS mRNA의 세포내 전달에 의해 발현된 MS2-NLS 단백질은 핵으로 이동되었다. 하지만, 지질나노입자를 사용하여 MS2-NLS mRNA와 MS2 pri-miRNA를 함께 전달한 경우에는 향상된 유전자 침묵이 관찰되지 않았다. MS2 pri-miRNA가 MS2-NLS 단백질에 의해 핵으로 운반될 수 있는지 확인하려 RNA와 단백질 결합에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 보인다. 본 연구에서 MS2-NLS 단백질 단독으로는 핵으로 이동되는 것이 확인된 만큼, RNA 치료제의 효능을 향상시킬 수 있는 실현 가능한 방법이 될 것으로 기대된다.;RNA therapeutics have enormous potential for treating rare diseases and provide new hope for previously incurable diseases. RNA therapeutics include siRNA, synthetic miRNA, and ASO. siRNA and synthetic miRNA selectively degrade mRNA by inducing gene silencing. ASOs regulate gene expression by binding to RNA in the cytoplasm and nucleus, inducing ribonuclease H1-mediated mRNA degradation or through splicing regulation and pre-mRNA destabilization in the nucleus. Some RNA therapeutics regulate gene expression in the nucleus, but they have the limitation to be administered at very high concentrations due to their low efficiency of entering the nucleus. In this study, we proposed a method to transport RNA therapeutics to the nucleus using MS2 protein fused with NLS peptide. As a novel RNA therapeutic, MS2 pri-miRNA was used. The pri-miRNA requires initial cleavage in the nucleus for gene silencing activity. The results showed that MS2-NLS protein expressed by the intracellular delivery of MS2-LNS mRNA was transported to the nucleus. However, when MS2-NLS mRNA and MS2 pri-miRNA were delivered together using LNP, no improved gene silencing was observed. Additional studies on protein binding with RNA are necessary to ensure that MS2 pri-miRNA can be transported to the nucleus by the MS2-NLS protein. In this study, it was confirmed that the MS2-NLS protein alone is transported to the nucleus, so it is expected to be a feasible approach to improve the efficacy of RNA therapeutics requiring nucleus entry.