2月26日，国际学术期刊Cell Research在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究组和复旦大学生物医学研究院/复旦大学附属儿科医院杨力研究组的合作研究成果（Letter），题为“IRES–cargo interplay structurally modulates circular RNA translation”。该研究首次从结构层面揭示，在环形RNA中，IRES序列与其驱动的编码序列（cargo）之间的相互作用会显著影响IRES结构的完整性，进而调控环形RNA的翻译效率。研究提出，IRES-cargo的相互作用是评估环形RNA翻译能力的重要指标，为理性设计高效翻译性能的环形RNA分子奠定理论与结构基础。
环形RNA是一类共价闭合的单链RNA，相比线性RNA更稳定、免疫原性更低，具备特殊的空间构象。工程化体外环化的RNA (in vitro circularized RNAs, ivcRNAs)，正在发展为极具潜力的新型RNA药物平台。近年来研究主要围绕两大方向：一是开发为RNA适配体，用于调控靶蛋白；二是用作蛋白质翻译载体，实现长效蛋白表达。然而，作为表达载体，环形RNA的翻译效率受多种因素影响。由于其缺乏5’端帽子结构，翻译通常依赖病毒来源的内部核糖体进入位点（internal ribosome entry site, IRES）启动。但在环形RNA中，IRES结构是否受编码序列影响而改变功能，此前尚缺乏实验证据。
研究人员基于高效的自剪接成环系统，构建了携带不同病毒来源IRES和相同荧光素酶报告基因（firefly luciferase）的ivcRNAs。通过筛选45种IRES元件，发现第V类IRES（如Salivirus A IRES, SV-A）在多种细胞系中普遍表现出更高翻译活性。然而，SV-A驱动不同编码序列（cargo，如mCherry、水痘-带状疱疹病毒截短包膜糖蛋白E (gE) 等）时，翻译效率存在显著差异。即使经过密码子优化，某些cargo序列（如gE_jcat）在环形RNA中仍难以翻译，但在线性mRNA中却能高效翻译，提示环形构象可能改变SV-A的结构。
为进一步探究机制，团队利用in-cell circSHAPE-MaP技术，在活细胞中直接解析长链环形RNA的二级结构。结构模型显示，在高翻译活性的ivc-SV-A-mCherry和ivc-SV-A-gE_pre中，SV-A形成完整二级结构，包括关键的十字形结构域IV；而在翻译受阻的ivc-SV-A-gE_jcat中，该结构域与gE_jcat序列发生广泛碱基配对，导致十字形结构被破坏。
为验证IRES与cargo之间不利的相互作用会损害IRES结构并抑制翻译，研究者在cargo区或IRES结构域IV引入点突变，构建不同突变类型的ivcRNAs。circSHAPE-MaP分析证实，突变成功阻断了IRES与cargo间的碱基配对，恢复SV-A结构域IV的十字形构象。进一步通过定量指标（IRES crosstalk ratio和IRES structure consistency）量化SV-A结构变化。最重要的，修复SV-A结构后，gE蛋白表达完全或部分恢复，且表达水平与IRES结构域IV的结构完整性呈强正相关。
综上，这项研究发现，在环形RNA中，IRES元件的结构折叠并非独立存在，而是受到其驱动的cargo序列的显著影响。尤其是当IRES与cargo之间发生不利的相互作用时，IRES的关键结构域会被破坏，从而翻译活性被抑制，导致蛋白质产量降低。因此，未来在工程化环形RNA的理性设计中，除了关注IRES本身的翻译效率和cargo序列的密码子优化外，必须将IRES-cargo相互作用作为关键设计参数加以考量，通过避免或解除IRES与cargo之间的不利配对，确保IRES结构的完整性，从而实现高效、稳定的蛋白质表达，推动环形RNA疗法的临床转化。
分子细胞卓越中心副研究员黄友葵、复旦大学生物医学研究院博士研究生陈尧琦、分子细胞卓越中心博士研究生娄思雨、中国科学院大学杭州高等研究院博士后郜祥为论文共同第一作者。分子细胞卓越中心陈玲玲研究员和复旦大学生物医学研究院/复旦大学附属儿科医院杨力研究员为论文共同通讯作者。该项工作获得科技部、中国科学院、上海市科委、上海市尚思科学研究院以及新基石科学基金会的经费支持，并得到分子细胞卓越中心细胞分析技术平台，分子生物学技术平台和细胞库/干细胞技术平台的帮助和支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41422-026-01233-9
IRES-cargo的相互作用破坏IRES结构完整性，进而抑制ivcRNA蛋白表达，解开IRES-cargo之间的不利配对后恢复SV-A的高效翻译能力
