ABSTRACT
Eukaryotic mRNAs are emerging modalities for protein replacement therapy and vaccination. Their 5' cap is important for mRNA translation and immune response and can be naturally methylated at different positions by S-adenosyl-l-methionine (AdoMet)-dependent methyltransferases (MTases). We report on the cosubstrate scope of the MTase CAPAM responsible for methylation at the N6 -position of adenosine start nucleotides using synthetic AdoMet analogs. The chemo-enzymatic propargylation enabled production of site-specifically modified reporter-mRNAs. These cap-propargylated mRNAs were efficiently translated and showed ≈3-fold increased immune response in human cells. The same effects were observed when the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2-a currently tested epitope for mRNA vaccination-was used. Site-specific chemo-enzymatic modification of eukaryotic mRNA may thus be a suitable strategy to modulate translation and immune response of mRNAs for future therapeutic applications.
Subject(s)
RNA Caps/immunology , RNA, Messenger/immunology , COVID-19/pathology , COVID-19/virology , Chromatography, High Pressure Liquid , Genes, Reporter , HEK293 Cells , Humans , Mass Spectrometry , Methylation , Methyltransferases/metabolism , Protein Biosynthesis , Protein Domains/genetics , Protein Domains/immunology , RNA Caps/analysis , RNA Caps/metabolism , RNA, Messenger/genetics , RNA, Messenger/metabolism , S-Adenosylmethionine/chemistry , S-Adenosylmethionine/immunology , S-Adenosylmethionine/metabolism , SARS-CoV-2/genetics , SARS-CoV-2/isolation & purification , Spike Glycoprotein, Coronavirus/chemistry , Spike Glycoprotein, Coronavirus/genetics , Spike Glycoprotein, Coronavirus/immunologyABSTRACT
Eukaryotische mRNAs zählen zu den neuartigen Modalitäten für Proteinersatztherapien und Schutzimpfungen. Die 5′‐Kappe ist für die mRNA‐Translation und die Immunantwort von Bedeutung und kann naturgemäß durch S‐Adenosyl‐l‐Methionin (AdoMet)‐abhängige Methyltransferasen (MTasen) an verschiedenen Positionen methyliert werden. Wir berichten vom Cosubstrat‐Spektrum der MTase CAPAM, die für die Methylierung der N6‐Position von Adenosin‐Start‐Nukleotiden verantwortlich ist und verwenden dazu synthetische AdoMet‐Analoga. Die chemo‐enzymatische Propargylierung ermöglicht die Herstellung von ortsspezifisch modifizierten Reporter‐mRNAs. Diese Kappen‐propargylierten mRNAs wurden effizient translatiert und zeigten eine ≈3‐fach erhöhte Immunantwort in menschlichen Zellen. Derselbe Effekt wurde beobachtet, wenn die Rezeptorbindedomäne (RBD) von SARS‐CoV2 – ein aktuell getestetes Epitop für mRNA‐Impfungen – verwendet wurde. Die ortsspezifische chemo‐enzymatische Modifizierung von eukaryotischer mRNA könnte somit eine geeignete Strategie zur Modulierung der Translation und Immunantwort eukaryotischer mRNAs für zukünftige therapeutische Applikationen darstellen.