单基因遗传病是单个基因突变引起的遗传性疾病，无义突变是其主要基因突变类型之一，该突变导致蛋白质翻译提前终止，形成截短型蛋白，进而导致提前终止密码子（Premature termination codons，PTC），约占单基因疾病的 11%，诸如囊性纤维化、杜氏肌营养不良症、β-地中海贫血等。PTC 疾病突变类型简单，发病比例较高，是单基因遗传病治疗的一个重要切入点。
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抑制性 tRNA (suppressor-tRNA) 能够诱导无义突变的通读，它与天然 tRNA 的序列大部分相同，但它的反密码子通过碱基配对原则可以识别终止密码子（UAG, UGA, UAA) 。因此当核糖体在翻译过程中遇到 PTC 时，抑制性 tRNA 可以引入对应的氨基酸到正在合成的肽链中，诱导通读从而获得有功能的全长蛋白。
▲图 | 抑制性 tRNA 可以通读提前终止密码子，以恢复全长蛋白质表达（来源：Nature Biotechnology）
近日，在 ASGCT 2023 会议上，由Flagship Pioneering支持的、致力于开发 tRNA 疗法的初创Alltrna表示，Alltrna 的平台在机器学习 (ML) 的支持下，可以设计、修改、生产和交付工程化的 tRNA 寡核苷酸，其效力和活性显著提高，可以通读提前终止密码子并恢复全长蛋白质的表达。
Alltrna显示其设计的 tRNA 寡核苷酸对 25 种疾病模型、14 种不同基因和单个基因上的 7 个不同突变位置的共享基因突变具有通用通读活性，且与基因或位置无关。
Alltrna于 2018 年在 Flagship Labs 成立。其创新想法来源于 FP 的创业科学家团队成员Theonie Anastassiadis，她目前也是 Alltrna 的联合创始人兼首席创新官。2021 年该公司宣布完成5000 万美元融资，并正式走出隐匿模式。
Anastassiadis 在几年前就开始关注 tRNA，在为 tRNA 的性质和功能着迷的同时，也在质疑为何业内无人研究。在她的推动下，Alltrna开始在 FP 内部运行。“人类基因组中有超过 600 种不同的 tRNA 基因，tRNA 是细胞中最丰富的 RNA。但人类只需要 47 种不同的 tRNA 即可将 mRNA 翻译为蛋白质。”Anastassiadis 表示，tRNA 多样化的可修改位点为其工程化奠定了基础。
其首席执行官Lovisa Afzelius曾在辉瑞和阿斯利康等大型制药公司任职，拥有 20 年的制药经验。
此外，Alltrna于 2022 年 8 月任命 Rubius Therapeutics 前财务和运营高级副总裁 Joanne Protano 为首席财务官；同年 10 月，任命 Caroline Köhrer 博士为发现平台副总裁，Köhrer 在麻省理工学院工作了 20 年，研究生命各个领域的蛋白质合成。
Alltrna的数据表明，他们的机器学习可以对 tRNA 进行序列优化，显著提高工程 tRNA 的活性。“目前的重点之一是如何使用 tRNA 中的序列和化学修饰进一步扩大治疗窗口。”Anastassiadis 说。“我们还建立了一个非常全面的分子谱分析平台，以便能够监测任何类型的 NTC（自然终止密码子）通读及其他蛋白质的表达。”
用抑制性 tRNA 的活性来纠正人类疾病的想法可以追溯到约 40 年前，来自旧金山加利福尼亚大学 Yuet Wai Kan（简悦威） 的实验室。
1982 年，简悦威提出了利用 tRNA 治疗 β-地中海贫血症的想法；2000 年代初期，科罗拉多大学的研究人员在转基因小鼠中验证了 tRNA 疗法的可行性；2002 年，俄罗斯圣彼得堡奥特妇产科研究所 Anton Kiselev 等人使用突变的抑制性 tRNA 来治疗无义突变的 DMD 小鼠；2014 年，葡萄牙的研究人员表明抑制性 tRNA 具有治疗由无义突变引起的遗传性癌症。
但 tRNA 始终未引起过多的关注，或者说当时的技术还没有准备好。
如今，以ReCode Therapeutics、Shape Therapeutics、Tevard Biosciences等为代表的 tRNA 疗法公司开始崭露头角。Tevard 此前也和 Vertex 达成合作，一同开发治疗 DMD 的 tRNA 疗法。
然而，尽管 tRNA 展现出巨大的潜力，目前仍不确定是否会优于小分子通读药物。PTC Therapeutics开发的 Translarna（ataluren）是⼀种用于无义突变介导的 DMD 患者的小分子药物，已在欧洲和巴西批准上市。
