Новый набор инструментов на основе РНК для регуляции активности генов может продвинуть регенеративную медицину, генную терапию и биотехнологии

Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) совместно с Astellas Pharma Inc. разработали новый набор инструментов, использующий малые молекулы для контроля активности синтетической РНК и, в конечном итоге, регуляции экспрессии генов. Технология, описанная в Journal of the American Chemical Society 30 марта 2023 года, работала в культурах клеток млекопитающих и на мышах.

Принцип работы рибопереключателей

Контроль экспрессии генов осуществляется с помощью "рибопереключателей". Профессор Йохей Йокобаяси, руководивший исследованием, объяснил: "Эта технология включает тщательное проектирование элемента РНК, называемого аптамером, который может специфически связываться с малой молекулой. Этот аптамер комбинируется с другими элементами РНК и вставляется в полную мРНК-транскрипт. мРНК, введенная в клетку, существует либо во включенном, либо в выключенном состоянии в зависимости от присутствия малой молекулы, что определяет, может ли транскрипт мРНК быть использован для производства белка".

Преодоление ограничений

До сих пор применение рибопереключателей было ограничено: требуемые малые молекулы нуждались в высоких дозах из-за проблем с проникновением в клетки или неэффективного связывания с аптамером внутри клеток, что приводило к токсическим побочным эффектам.

Новое решение

В этом исследовании ученые создали короткую последовательность РНК под названием AC17-4, которая специфически связывается с двумя малыми молекулами — ASP2905 и ASP7967, разработанными Astellas Pharma. Эти молекулы-кандидаты в лекарства легко проникают в клетки и обладают низкой токсичностью. ASP2905 разрабатывался для лечения неврологических заболеваний и прошел клинические испытания Фазы I.

Результаты в клеточных культурах

Рибопереключатели, встроенные в транскрипты РНК, кодирующие зеленый флуоресцентный белок, в культивируемых клетках человека показали увеличение производства белка в 10–300 раз при введении малых молекул, в зависимости от конструкции переключателя. Профессор Йокобаяси отметил: "Использование соединений, легко поглощаемых клетками, позволило рибопереключателю работать при концентрациях, которые составляют менее одной десятой от концентраций ранее известных рибопереключателей".

Тестирование на мышах

Для применения в генной терапии ученые Astellas доставили рибопереключатель в мышей с помощью вируса. Переключатель регулировал экспрессию человеческого эритропоэтина (hEPO) — белка для лечения анемии. При инъекции вектора и пероральном введении соединения ASP7967 уровень hEPO в крови у мышей был в 7,2 раза выше по сравнению с контрольной группой.

Перспективы

Профессор Йокобаяси заявил: "Разработанный рибопереключатель уже достаточно практичен для доклинического применения, такого как производство биопрепаратов и эксперименты на животных, но для клинического применения (например, генной терапии) требуется дальнейшее улучшение". Команда продолжает исследования других перспективных соединений и аптамеров и рассматривает возможность применения рибопереключателей в других организмах, таких как растения и насекомые. Для достижения этих целей исследователи активно ищут новых партнеров для сотрудничества.