Информационная РНК (мРНК) оказалась в центре внимания общественности во время пандемии благодаря своей краеугольной роли в нескольких вакцинах против COVID-19. Но мРНК, представляющие собой генетические последовательности, которые инструктируют организм вырабатывать белки, также разрабатываются как новый класс лекарств. Однако для того, чтобы мРНК имели широкое терапевтическое применение, молекулам необходимо дольше сохраняться в организме, чем тем, из которых состоят вакцины против COVID.
Исследователи из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда и Массачусетского технологического института разработали новую структуру мРНК, добавив к молекулам несколько «хвостов», которые повысили уровень активности мРНК в клетках в 5–20 раз. Команда также показала, что их многохвостые мРНК сохраняются у животных в 2–3 раза дольше по сравнению с немодифицированной мРНК, а при включении в систему редактирования генов CRISPR приводят к более эффективному редактированию генов у мышей.
Новые мРНК, о которых сообщалось в Природная биотехнологияпотенциально может быть использован для лечения заболеваний, требующих длительного лечения, которое редактирует гены или заменяет дефектные белки.
Использование мРНК в вакцинах против COVID является фантастическим, что побудило нас изучить, как мы могли бы расширить возможные терапевтические применения мРНК. Мы показали, что неприродные структуры могут функционировать намного лучше, чем естественные. Это исследование дало нам большую уверенность в нашей способности модифицировать молекулы мРНК химически и топологически».
Сяо Ван, старший автор новой статьи, член основного института Broad и доцент кафедры химии в Массачусетском технологическом институте.
«Меня больше всего воодушевляет тот факт, что эта новая форма мРНК так хорошо переносится клеточным механизмом трансляции», — сказал Хонгю Чен, первый автор статьи и аспирант химического факультета Массачусетского технологического института в лаборатории Вана. «Это открывает множество новых возможностей для синтетической модификации мРНК с целью расширения ее терапевтического применения».
Выносливость
МРНК в современных вакцинах против COVID настолько эффективна, потому что ее требуется очень мало: после инъекции в организм она стимулирует выработку белков, напоминающих части вируса COVID. «Иммунная система очень надежна, поэтому она способна создавать множество антител в ответ на временную экспрессию чужеродного белка», — сказал Чен.
Но для того, чтобы тот же тип мРНК производил достаточно белков для лечения заболеваний, нарушающих нормальное производство основных белков, потребуется гораздо большая доза, что может вызвать токсические побочные эффекты.
Лаборатория Ванга специализируется на понимании того, как работает РНК, начиная с момента ее синтеза и заканчивая ее окончательной деградацией и утилизацией в клетках. Ван, Чен и их команда хотели взять на себя сложную задачу по разработке структуры мРНК, которая могла бы быть стабильной, активной и оказывать устойчивый терапевтический эффект в низких дозах.
«Я нахожу мРНК очень интересной, потому что ее функция как информационной молекулы кодируется ее последовательностью, а ее стабильность определяется химическими свойствами ее основной цепи», — сказал Чен. «Эта функция дает химикам возможность тщательного проектирования структуры мРНК, не беспокоясь об изменении информации, которую она несет».
Основываясь на предыдущих исследованиях, Ван и Чен знали, что одна часть структуры мРНК, ветвь, называемая поли(А)-хвостом, играет важную роль в защите мРНК от деградации внутри клеток. В 2022 году они показали, что химическая модификация хвоста поли(А) замедляет естественный распад мРНК, что делает ее более полезной для более широкого спектра методов лечения. Они назвали эти модифицированные молекулы «конъюгатами мРНК-олиго» или мокРНК.
Опираясь на эту работу, Ван и Чен предположили, что создание еще более сложной формы мРНК, содержащей несколько модифицированных хвостов поли(А), еще больше усилит терапевтические эффекты мРНК. В своей последней работе команда создала многохвостые мРНК, протестировала их в клетках человека и обнаружила, что они поддерживают трансляцию мРНК гораздо дольше, чем естественная мРНК и мокРНК, производя с течением времени до 20 раз больше белков на дозу.
В экспериментах на мышах исследователи обнаружили, что всего лишь одна доза многохвостой мРНК приводила к производству белка, которое продолжалось до 14 дней, что почти вдвое превышает время жизни, продемонстрированное предыдущими технологиями мРНК.
Они также использовали свою многохвостую мРНК для кодирования расщепляющего ДНК белка Cas9 как часть системы редактирования генов CRISPR-Cas9 и протестировали ее на мышах для редактирования генов, связанных с высоким уровнем холестерина, Pcsk9 и Angptl3. Они обнаружили, что всего лишь одна доза многохвостой мРНК Cas9 может вызвать более высокий уровень редактирования генов, что приводит к снижению уровня холестерина, циркулирующего в кровотоке, по сравнению с животными, получавшими контрольную мРНК Cas9.
Ван и Чен сейчас сосредоточены на том, чтобы сделать процесс синтеза и очистки многохвостой мРНК более масштабируемым. Они также внимательно изучают, как модификации мРНК влияют на взаимодействие между ее терапевтической стабильностью и активностью.
«Мы хотим посмотреть, где еще мы можем спроектировать структуру мРНК для повышения эффективности», — сказал Чен, добавив, что они также заинтересованы в модификациях, которые улучшат скорость, с которой клетки смогут сканировать и транслировать инструкции мРНК.
Источник:
Институт Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда
Ссылка на журнал:
Чен, Х., и другие. (2024). Разветвленные химически модифицированные поли(А)-хвосты усиливают трансляционную способность мРНК. Природная биотехнология. doi.org/10.1038/s41587-024-02174-7.
2024-03-23 01:33:00
1711159447
#Повышение #активности #продолжительности #жизни #мРНК #помощью #многохвостых #структур
