為了實現由RNA干擾(RNAi)途徑介導的有效的治療性基因沉默，小干擾RNA (sirna)必須經過化學修飾。一些具有在代謝上穩定sirna潛力的超rna結構已被評估其誘導基因沉默的能力，但所有這些結構都有局限性或尚未在治療相關的背景下進行探索。共價閉合環狀RNA轉錄本普遍存在于真核生物中，有潛力作為生物標志物和疾病靶點，環狀RNA模擬正在被探索用于治療。
本文報道了小環狀干擾rna (sciRNAs)的合成和評價。為了合成scirna，將三價n -乙酰半乳糖胺(GalNAc)配體功能化并經click化學環化的sense鏈退火成反義鏈。這一策略用于small circles的合成，但也可以用于合成更大的環狀RNA模擬物。作者在體內和體外評估了各種sciRNA設計。作者觀察到在循環和脫靶效應被消除后，感覺鏈的代謝穩定性得到了改善。反義鏈的5 -(E)-乙烯基膦酸酯修飾導致galna -scirna在治療相關劑量的體內有效。物理化學研究和基于核磁共振的結構分析，以及分子建模研究，闡明了這類具有部分雙工特征的新型sirna與RNAi機制的相互作用。
環狀rna (circrna)是共價封閉的轉錄本，人們現在知道它在真核生物中高度流行和保守。病毒還編碼環狀rna，這些環狀rna似乎參與了疾病的發病機制。在真核生物中，環狀RNA是通過線性RNA轉錄本的反向剪接形成的。盡管這些環狀分子在40年前就被發現了，但它們在很大程度上直到最近才被忽視。現在有令人信服的證據表明環狀rna不僅僅是剪接過程的副產物。
某些環狀rna明顯具有調節功能。例如，環狀rna引發了導致巨噬細胞激活的級聯反應。一些環狀RNA與mRNA或microRNA結合，一些參與RNA結合蛋白的胞內運輸，一些起隔離蛋白的作用。circRNA的失調與癌癥的發展有關，它們在體液中的穩定性使這些circRNA成為有前途的生物標志物。circAGO2就是一個例子。這種環狀rna在各種腫瘤中檢測到高水平，在動物模型中促進腫瘤生長，并與患者預后不良有關。此外，circrna在大腦中含量豐富，與神經退行性疾病有關。
由于這些功能，合成環狀rna作為潛在藥物、疾病的生物標志物、治療靶點和研究工具有相當大的興趣。一種與miR-21互補的多區域合成環狀rna可抑制癌細胞的增殖，支持在治療中使用環狀rna。環狀rna可以通過體外轉錄制備，然后通過夾板結扎將分子環化，就像制備miRNA海綿一樣。由于難以產生大量的環狀rna，合成環狀rna的潛在用途受到限制。
RNA圈的另一個潛在應用是RNA干擾(RNAi)領域。2021年,15年之后安德魯火和克雷格·梅洛被授予2006年諾貝爾生理學或醫學獎的RNAi途徑的發現,四個小干擾rna (siRNAs)現在批準臨床使用,和大量臨床實驗的RNAi療法正在通過人體臨床試驗。目前的臨床開發途徑主要是與三價 N-乙酰半乳糖胺 (GalNAc) 配體結合的 siRNA，這導致靶向遞送至肝細胞。三種獲批的 GalNAc-siRNA 偶聯物均使用 2-deoxy-2-fluoro (2-F) 和 2-O-methyl (2-OMe) 進行全面修飾，并使用硫代磷酸酯 (PS) 進行戰略性修飾以賦予穩定性。
與GalNAc結合的sirna的堿基、核糖糖和磷酸主鏈的化學修飾對于賦予有利的藥理特性是必要的，并且已經評估了大量的化學修飾。sirna三維結構水平的改變也被探索。評估的超rna結構包括發夾siRNA、啞鈴狀納米環狀siRNA、siRNA納米片、分支siRNA、用于基因表達的籠型環狀siRNA、作為siRNA前體的環狀單鏈rna以及脫靶效應降低的環狀siRNA。
然而，評估這些結構的實驗往往沒有利用治療相關的siRNA化學修飾或實驗系統，或者，在共價環化的情況下，采用低效的策略，如肽偶聯或T4連接技術。環狀siRNA設計的好處，正如前面其他人所描述的，減少了意義鏈的脫靶效應，由于增強了核酸酶抗性而延長了持續時間，以及保留效力。在描述環狀 siRNA 體內分析的早期報告中，它們以高劑量局部給藥，未評估內源性基因沉默。在最近對小鼠前藥型共價閉合 siRNA 的評估中，與非環狀 siRNA 相比，全身給藥可延長循環并改善肝臟、腎臟和肌肉中的基因沉默活性；然而，所使用的劑量(20mg /kg, q3 d 3)在治療上是不現實的。
sciRNA:Ago2 復合物的模型表明可以容納環狀有義鏈
在這里，作者在體內和體外評估了sciRNA的效力。此外，作者還對肝臟和肝臟提取物中sciRNAs的代謝穩定性進行了表征，并確定了反義鏈在小鼠皮下給藥后與Argonaute 2 (Ago2)結合的能力。基于物理化學和 NMR 的結構分析和分子建模研究揭示了具有部分雙鏈特征的 sciRNA 與 RNAi 機制的相互作用。在的研究證實，sciRNAs在體內和體外誘導沉默的效果與臨床使用的sirna相當。作者所了解到的關于sciRNAs的合成、化學修飾和物理特性將適用于其他新型環狀rna。