伊成器课题组与合作者建立RNA"暗码"，升级生命语言

2025年6月25日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、核糖核酸北京研究中心伊成器课题组与化学与分子工程学院陈鹏团队合作在Nature发表了题为RNA codon expansion via programmable pseudouridine editing and decoding的论文，通过RNA假尿嘧啶Ψ修饰的定点编程，在哺乳动物细胞中实现了对遗传密码的扩展，创建了能够编码非天然氨基酸的新RNA密码子，从而开辟了精准操控蛋白质功能的新途径。

在这项研究中，研究团队开发了一种基于可编程Ψ修饰的方法，首次成功地创造了三个新型RNA密码子——ΨCodon，并筛选出了能特异性识别这些新密码子的tRNA变体。该方法允许在特定蛋白质位点精确插入非天然氨基酸，以实现对蛋白质功能的定制化调控（图1）。相较于传统的DNA层面的密码子扩展策略，这种基于RNA的技术展示了更高的特异性和正交性，提供了更加灵活的生命分子操作手段。

图1. RNA密码子拓展策略示意图。该策略包含编码（a）和解码（b）两个核心过程，从而实现非天然氨基酸的特异性插入。

相比传统方法，RCE系统在靶向序列上的翻译效率高，而脱靶效应极低（图2）。特别是在蛋白质组水平上，RCE系统的非天然氨基酸插入准确性显著优于传统方法，且基本不干扰正常的生物学通路。

图2. 翻译组分析（a）和蛋白质组分析（b）均显示RCE系统在全蛋白质组中具有全局特异性。

RCE系统不仅限于理论探索，而且展示出广泛的应用潜力。例如，利用RCE系统，研究团队能够在Src激酶的活性中心引入具有断键和成键活性的非天然氨基酸，以此来控制激酶的活性状态（图3）。此外，他们还在p53蛋白的关键入核序列中插入了类似的非天然氨基酸，以实现其时空特性的化学操控。这进一步证明了RCE系统的通用性。这一工作不仅展示了RCE技术在精准蛋白质工程中的潜力，也为合成生物学和生物医学研究提供了全新的工具平台。

图3. RCE系统特异、高效地实现功能性非天然氨基酸的插入从而调控Src激酶活性。

综上所述，这项研究不仅开创了从“调控元件”到“编码元件”的RNA修饰转变，还提供了一种全新的技术范式，有望重塑我们对生命信息流“中心法则”的理解，并为人工合成药物奠定了基础。通过RNA层面而非DNA层面的操控，实现了对遗传密码的扩展，为哺乳动物细胞的基因操纵提供了一种全新工具，为未未来生物技术和医学的发展铺平了道路。

北京大学伊成器教授与陈鹏教授为本文的共同通讯作者。本工作获得科技部、农业部、国家自然科学基金委、北京市科学技术委员会、北京分子科学国家研究中心、北京大学生命科学联合中心、核糖核酸北京研究中心、基因功能研究与操控全国重点实验室、新基石基金会等的支持。北京大学前沿交叉学科研究院2019级博士研究生刘江乐、北京大学生命科学学院博士后闫学青、前沿交叉学科研究院2020级博士研究生乌浩为本文的共同第一作者。核糖核酸北京研究中心和北京科学智能研究院温翰研究员提供了核酸分子理论计算的专业指导意见；上海科技大学刘如娟课题组在核酸分子生化检测方面为本工作做出了重要贡献。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09165-x