 mRNA一级序列由多种元件构成，包括目的蛋白编码区（CDS）、位于两侧的非翻译区（UTR）和PolyA 尾巴。对于CDS序列来说，使用目标生物体或者组织中高表达的密码子，可增强翻译水平，而替换掉CDS序列中的尿嘧啶，可避免mRNA被内体中的toll样受体检测到，从而逃避先天免疫反应。核糖体与5' UTR结合并扫描蛋氨酸起始密码子。3' UTR还包含蛋白质和microRNA的结合位点，对细胞特异性表达和稳定性至关重要。mRNA还可折叠成与蛋白质相互作用的二级结构,从而进一步延长mRNA的半衰期，但也可以与激活先天免疫反应的dsRNA受体结合。mRNA以poly(A) 尾结束,该尾回环以增强翻译起始,并保护mRNA以免被3'外切酶降解。 mRNA序列设计是mRNA疫苗或者药物开发的关键第一步。优化mRNA序列，可增强其翻译和蛋白表达，提升mRNA稳定性，降低mRNA免疫原性。因此，根据不同的应用场景，优化mRNA序列，才能更好地发挥mRNA的治疗潜力。 近日，澳洲昆士兰大学生物工程和纳米技术研究所和Base Facility的Helen M. Gunter团队在bioRxiv上传预印本文章：mRNArchitect: optimized design of mRNA sequences，他们开发了一款开源软件工具包，称为mRNArchitect，可根据用户需求，基于GC 含量、二级结构、密码子及尿嘧啶耗竭等标准 ，快速组装优化mRNA序列。 mRNArchitect现可免费使用 网址如下所示 https://basefacility.org.au/software/ https://github.com/BaseUQ/mRNArchitect mRNArchitect软件使用  mRNArchitect软件的使用非常简单，共有3部分组成：输入序列、参数设定及输出序列。研究人员使用mRNArchitect优化了一个编码荧光素酶蛋白的mRNA序列，可分为以下步骤： 输入序列
 参数设定 mRNArchitect可以根据一系列参数优化mRNA序列。mRNArchitect创建在DNA Chisel框架之上，该框架根据一组标准确定最佳序列，包括GC含量、密码子翻译速度和mRNA二级结构（例如发夹结构）。
 输出序列 mRNArchitect输出序列提供完全组装和优化的且易于合成的mRNA候选序列。此外，这些后续序列还提供特征描述参数，例如，密码子适应指数CAI和最低吉布斯自由能MFE。  分析优化结果 与原始P.pyralis的荧光素酶mRNA序列相比，mRNArchitect优化后的mRNA序列相似性为74%，尿苷含量降低（从26%降至16%），GC含量增加（从45%增至56%），MFE减少（从-466.4降至-534.2） ，CAI 增加（从0.68增至0.859）。 将mRNArchitect优化后的mRNA序列与LinearDesign或者mRNAid优化后的mRNA做比较，并且以一个具有低CAI值的稀有密码子mRNA序列作为对照组。mRNArchitect-Luciferase mRNA与mRNAid-mRNA序列相似性最高（89%），其次是LinearDesign（78%）和罕见密码子组（66%）。  mRNArchitect mRNA拥有中等的CAI（0.859）和相对较高的MFE（-534.2），mRNAid mRNA拥有较高的CAI（0.965）和较低的MFE（-593.0），而LinearDesign mRNA拥有较低的CAI（0.734）和最低的MFE（-1111.5）。对照组稀有密码子mRNA拥有最低的CAI（0.62）和最高MFE（-351.9）。将这些不同程序优化的Luc mRNA转染HEK293-T细胞，转染4小时后，每个mRNA的CAI值与其对应的Luciferase蛋白表达之间存在线性关系。  不同优化参数对于mRNA序列的影响 当使用相同的序列优化参数时，编码相同氨基酸序列的不同输入序列对输出mRNA序列的CAI或MFE影响极小。相反，改变序列优化参数，对于输出mRNA序列的影响极大。 尽管总尿苷含量仅略有增加（~4%），但未选择耗竭尿苷参数（UD）优化后的Luc mRNA比选择UD优化后的mRNA序列具有更高的CAI和更低的MFE。将最大GC含量增加到70%或80%会进一步增加CAI并降低MFE值，但最大GC含量为90%或100%的设计并没有显示出对CAI或MFE值的进一步改善。此外，对于GC含量高（>60%）的mRNA来说，其DNA模板合成存在困难。最后，放宽所有Reapts和GC含量参数的限制，输出mRNA序列的CAI变为1。  小结 随着确定调节翻译速率、亚细胞定位和稳定性的序列特征，mRNA序列设计领域正在取得飞速发展。mRNA序列设计的持续改进，以及对细胞内mRNA生物学的理解增加，将进一步增强mRNA疗法。同时，研究者将继续通过集成新元素和新功能来改进mRNArchitect，为科学家设计创新型mRNA药物提供坚实的支撑。 为促进mRNA治疗领域的合作交流，我们组建了专业的mRNA行业交流群，目前院校、企事业单位的各路精英已纷纷加入，如果您也想加入交流学习，不要犹豫哦~ 长按下方二维码，添加主编微信进群。由于申请人数较多，添加微信时请备注：院校/企事业单位名称—专业/职务—姓名。如果您是PI/教授/研发骨干/主管及以上职务，还请注明。  往期推荐  首款外用mRNA药物！瑞宏迪医药mRNA外用型慢性创面治疗药物获批临床！ 仁景生物HPV相关肿瘤治疗性mRNA产品获得CDE临床试验许可 病例报告 | TCR mRNA瞬时T细胞疗法治疗晚期难治性MSI高直肠癌患者 切向流过滤用于mRNA药物底物纯化的性能实验和建模方法 Cartesian公布mRNA CAR-T疗法最新数据, 计划开启3期临床试验 肿瘤治疗&诊断双功能！冠状可降解脂质高效肺靶向递送mRNA，实现体内双模式肿瘤诊断成像 巴西大力发展mRNA技术产业，Fiocruz与Quantoom、Univercells签署mRNA生产开发合作协议 中国药科大学徐寒梅团队综述核酸药物的历史发展、最新进展及未来展望 环码联合北大团队基于新型LNP和circRNA靶向脾脏和T细胞表达开发体内CAR-T疗法，促进炎症性衰老治疗 聚焦mRNA治疗领域行业发展 |
