Обнаружен стабильный нано-каркас РНК в сердцевине вируса

Исследователи из Университета Цинциннати (UC) обнаружили нано-каркас РНК, который сохраняет необычайную стабильность в организме, преодолев ещё одно препятствие на пути развития терапевтической РНК-нанотехнологии.

Команда под руководством Пейсюаня Го, профессора биомедицинской инженерии, сообщила о создании термодинамически стабильной РНК-наночастицы в журнале Nature Nanotechnology.

Наночастица, сконструированная на основе мотива трёхплечного соединения (3WJ) из молекул упаковочной РНК (pRNA), может служить платформой для сборки более крупных, многофункциональных наночастиц. Такие частицы можно вводить в организм для доставки терапевтических агентов к целевым клеткам.

"РНК-наночастицы имеют потенциал для лечения рака и вирусных инфекций, — говорит Го. — Но одна из проблем в этой области — относительная нестабильность РНК-наночастиц. Без ковалентных связей или сшивки, удерживающих их вместе, наночастицы, полученные путём самосборки, могут диссоциировать при инъекции в кровеносную систему животных и человека, где они существуют в очень низких концентрациях".

В своей работе исследователи изучили уникальную структуру ДНК-упаковывающего мотора бактериофага phi29. Мотор приводится в движение кольцом молекул pRNA, содержащих сцепляющиеся петли и спиральные домены, соединённые прочным мотивом 3WJ.

"pRNA обладает исключительной прочностью, поскольку это механическая часть, которую природа использует для привода мощного мотора, — объясняет Го. — Эта прочность делает её идеальной платформой для конструирования РНК-наночастиц. Более того, сердцевина обладает уникальными и необычно стабильными свойствами, такими как устойчивость к сильным денатурирующим агентам, подобным мочевине, и способность оставаться целой при ультранизких концентрациях в отсутствие магния".

Используя три небольших фрагмента РНК с высоким сродством к сборке в более крупные структуры, исследователям удалось воссоздать ядро 3WJ вне структуры pRNA. Каждое плечо ядра 3WJ можно сшить с молекулами siRNA, лигандами, связывающими рецепторы, и РНК-аптамерами — молекулярными инструментами, необходимыми для того, чтобы наночастица нашла целевую клетку в организме и "выключила" в ней гены.

Полученная наночастица оставалась стабильной и функциональной in vitro, а при введении in vivo специфично нацеливалась на опухоли, не диффундируя в другие критические органы или здоровые ткани.

"Создать фузионные комплексы ДНК или РНК нетрудно, — говорит Го, — но обеспечить правильное сворачивание отдельных модулей внутри комплекса для сохранения их функции после слияния — сложная задача. Ядро pRNA 3WJ направляет сворачивание отдельных функциональных модулей, а стабильность ядра 3WJ гарантирует, что каждый фузионный модуль остаётся свёрнутым для правильного функционирования".

Ранее в этом году команда Го преодолела ещё одно препятствие для РНК-нанотехнологии — риск, создаваемый РНКазой, распространённым ферментом, который быстро расщепляет РНК. Заменив химическую группу в рибозном кольце РНК, команда смогла сделать РНК устойчивой к деградации, сохранив при этом её способность собираться в наночастицы и формировать правильную 3D-структуру и функцию.