К новым терапевтическим применениям mRNA: новые данные о трансляции и декаппинге
Исследователи из Варшавского университета работают над мРНК с модифицированным фрагментом, инициирующим биосинтез белка. Недавние результаты показывают, что новые соединения, созданные в университете, более стабильны и эффективны, чем их природные аналоги, а их синтез проще. Это может привести к созданию более совершенных терапевтических средств.
При многих заболеваниях нарушается производство белков в клетках. Генная терапия решает эту проблему, доставляя в организм генетический материал, кодирующий нужные белки. В отличие от ДНК, мРНК не встраивается в геном пациента, что снижает риски. Однако короткий срок жизни мРНК (минуты или часы) ограничивает её практическое применение.
Ключ к стабильности и эффективности: 5'-кэп
В 2011 году консорциум Варшавского университета и Университета штата Луизиана запатентовал и коммерциализировал изобретение, улучшающее стабильность и эффективность мРНК. Решение сейчас проходит клинические испытания. Ключевая инновация — искусственный 5'-кэп, заменяющий природную структуру 7-метилгуанозина.
- Функция кэпа: В цитоплазме кэп распознаётся фактором eIF4E, который инициирует трансляцию (синтез белка). Кэп также защищает мРНК от расщепления нуклеазами.
- Проблема: Клетки удаляют кэп с помощью ферментов декаппинга, таких как Dcp1/Dcp2.
Новый класс модифицированных кэпов
В статье в Nucleic Acids Research представлен новый класс модифицированных кэпов — улучшенная версия тех, что сейчас проходят клинические испытания. Модификация заключается в замене атома кислорода на атом серы в нескольких позициях три- или тетрафосфатного мостика молекулы кэпа.
- Такая мРНК эффективно связывается с фактором eIF4E.
- Она высокоустойчива к расщеплению ферментом Dcp1/Dcp2.
- В клеточных условиях эта мРНК более стабильна и производит больше терапевтического белка (показано на модели изучения противораковых вакцин).
- Это может позволить использовать более низкие дозы препаратов, снижая риск побочных эффектов.
Новый метод синтеза: клик-химия
Традиционные ферментативные методы модификации кэпов трудоёмки и неэффективны. Учёные разработали метод эффективного синтеза аналогов кэпа из готовых "строительных блоков" с помощью клик-химии.
- Применение метода позволило получить 36 новых аналогов.
- Два соединения, введённые в мРНК, работают так же хорошо, как природный кэп.
- Это открытие прокладывает путь к новым химическим методам добавления кэпа к мРНК, которые составят конкуренцию дорогим и длительным ферментативным методам (работа опубликована в Chemical Science).
Новые данные о механизме декаппинга
Поиск улучшенных аналогов кэпа постепенно переходит от метода проб и ошибок к рациональному дизайну. Команда из Варшавы внесла вклад в понимание процесса декаппинга мРНК.
- Впервые были созданы соединения, имитирующие 5'-кэп мРНК и способные ингибировать фермент Dcp1/Dcp2.
- В сотрудничестве с учёными из Калифорнийского университета в Сан-Франциско с помощью рентгеноструктурного анализа был изучен ключевой этап активности фермента — связывание кэпа. Ингибитор использовали как "приманку", которая заставляет ферментативный комплекс "застыть" для "фотографирования".
- Результаты показали, что при связывании ингибитора ферментный комплекс претерпевает глобальные структурные изменения, готовясь к действию (результаты опубликованы в RNA и Nature Structural and Molecular Biology).
Эти данные позволят разработать ещё лучшие ингибиторы декаппинга мРНК для исследований и, возможно, для повышения эффективности мРНК-терапий.
Междисциплинарный подход как преимущество
Уникальность работы на физическом факультете Варшавского университета — в команде, объединяющей экспертов в биофизике, химии, молекулярной и клеточной биологии. Исследования на стыке дисциплин и возможность взглянуть на проблему с разных точек зрения рождают свежие идеи и решения.
