Badacze z Uniwersytetu Warszawskiego jako pierwsi na świecie opracowali chemiczną metodę otrzymywania kolistych cząsteczek mRNA. Otwiera to nowe możliwości w leczeniu genetycznych chorób rzadkich.
Cząsteczka mRNA (matrycowy RNA albo informacyjny RNA) to jedna z najlepszych substancji dostarczających lecznicze geny. Dzięki niej organizm człowieka może wytworzyć białko, które pomaga w leczeniu choroby. Jest swoistym pośrednikiem między DNA (z którego powstaje) a białkiem (które jest tworzone w procesie translacji). Sęk w tym, że mRNA żyje bardzo krótko i zapewnia produkcję terapeutycznego białka w bardzo ograniczonym czasie. Musi też być chronione przed zniszczeniem przez enzymy. Wszystkie te utrudnienia ma przełamać nowa forma – cyrkularne mRNA. Kolistą strukturę udało się właśnie stworzyć zespołowi badaczy kierowanemu przez prof. Jacka Jemielitego i dr hab. Joannę Kowalską z Uniwersytetu Warszawskiego.
RNA jest przepisem na białko. Jego wadą w kontekście terapeutycznym jest to, że jest krótkotrwałe, więc ta technologia, póki co, pozwala na wytworzenie szczepionek, gdzie taka ekspresja białka jest wystarczająca. Natomiast RNA ma potencjał, żeby dostarczać białka, które w naszych organizmach powstają w sposób zdefektowany albo w ogóle nie powstają, co jest przyczyną różnych chorób genetycznych, metabolicznych – w leczeniu tych chorób przy użyciu mRNA produkcja białka musi trwać bardzo długo, docelowo przez całe życie pacjenta. Do tego typu zastosowań niezwykle ważne jest wydłużenie czasu życia RNA, aby służyło ono dłużej jako matryca do produkcji białek – tłumaczy dla Serwisu Naukowego UW prof. Jacek Jemielity, współautor nowatorskiego rozwiązania.
Nowa technika, nazwana chem-circRNA, pozwala na efektywną cyrkularyzację cząsteczek RNA wytwarzanych metodą transkrypcji in vitro, o długościach od 35 do nawet 4000 nukleotydów, z wydajnością sięgającą ponad 60%. Wykorzystuje ona reakcję redukującej aminacji między zmodyfikowanym końcem 5′ a utlenionym końcem 3′ RNA, co eliminuje ograniczenia typowe dla metod enzymatycznych czy autokatalitycznych – takich jak zależność od sekwencji czy niska wydajność.
Było to dla nas niezwykle zaskakujące, że tak wrażliwe na degradacje cząsteczki można poddać selektywnej reakcji chemicznej. Jeszcze bardziej niesamowite jest to, że można wydajnie zamknąć w kółko nawet tak olbrzymie cząsteczki RNA, jak te kodujące białko S wirusa SARS-CoV-2 (to ponad 4 tys. nukleotydów) – komentuje dr hab. Joanna Kowalska z Wydziału Fizyki UW.
W przypadku cyrkularyzacji, czyli zamknięcia klasycznego liniowego mRNA w kółku, najbardziej obiecujące wydawały się chemiczne metody wytworzenia takich cząstek. I tak się właśnie stało – chem-circRNA to pierwsza na świecie chemiczna metoda otrzymywania tego typu cząsteczek. Działa dla szerokiego zakresu długości i sekwencji RNA, w tym zawierających terapeutyczne modyfikacje. Dzięki temu, że umożliwia wprowadzenie struktury kapu do circRNA, uniezależnia translacje od IRES (struktura RNA, która może służyć do inicjacji translacji, wykorzystywana m.in. przez niektóre wirusy). W efekcie circRNA można łączyć z modyfikowanymi nukleotydami, takimi jak pseudourydyna, obniżającymi reaktogenność mRNA (za przełomowe odkrycia związane z modyfikacjami zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciw COVID-19, badacze z Perelman School of Medicine na Uniwersytecie Pensylwanii w Stanach Zjednoczonych otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za 2023 rok).
Opracowana przez nas strategia chemicznej cyrkularyzacji RNA to elastyczne narzędzie, które pozwala projektować cząsteczki mRNA o lepszej stabilności i kontrolowanej translacji. To otwiera drogę do tworzenia nowej generacji terapii RNA: od szczepionek po bardziej zaawansowane terapie genowe – podkreśla prof. Jacek Jemielity, dyrektor Centrum Nowych Technologii UW.
Nowa metoda może znacząco przyspieszyć rozwój mRNA terapeutycznego o przedłużonym działaniu, które mogłoby znaleźć zastosowanie szczególnie tam, gdzie wydłużony czas produkcji terapeutycznych białek jest szczególnie ważny, czyli np. w leczeniu genetycznych chorób rzadkich. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”.
MK, źródło: Serwis Naukowy UW
Interesujące, ale enzymatycznie, ligazą RNA, można zrobić to samo bez modyfikacji: 5'-fosforan + 3'-OH.