Ученые используют силу и точность РНК, чтобы сделать мутации невидимыми

Ученые открыли новый способ подавления мутаций, ведущих к широкому спектру генетических расстройств.

Исследование, недавно опубликованное в журнале Molecular Cell, описывает стратегию, которая использует нормальный процесс модификации РНК внутри клеток для превращения болезнетворных генов в нормальные, производящие здоровые белки. Результаты значимы, поскольку в конечном итоге могут помочь изменить течение разрушительных заболеваний, таких как муковисцидоз, мышечная дистрофия и многие формы рака.

Подавление нонсенс-мутаций

Около 15% мутаций, ведущих к генетическим заболеваниям, являются нонсенс-мутациями. Как следует из названия, они возникают, когда молекула мРНК содержит преждевременный стоп-сигнал. Когда мРНК получает генетические инструкции от ДНК для создания белка, этот ранний стоп-кодон приказывает клетке прекратить чтение инструкций на полпути. Это приводит к созданию неполноценного белка, который может вызывать болезнь.

Под руководством Йи-Тао Ю команда исследователей из Центра биологии РНК Рочестерского университета разработала искусственную направляющую РНК (guide RNA) — фрагмент РНК, способный модифицировать другие типы РНК, — чтобы нацеливаться на молекулы мРНК, содержащие преждевременные стоп-сигналы (преждевременные терминирующие кодоны). Направляющие РНК — это естественный механизм, который клетки используют постоянно; команда Ю модифицировала этот уже существующий процесс.

Как и ДНК, РНК состоит из молекулярных блоков, представленных буквами A (аденин), G (гуанин), U (урацил) и C (цитозин). Преждевременные терминирующие кодоны всегда имеют блок U в первой позиции (например, UAG, UAA или UGA). Искусственная направляющая РНК была разработана для модификации U в первой позиции, изменяя молекулярный состав целевой мРНК так, что стоп-сигнал больше не распознается (или распознается хуже) клеткой.

Команда, включая Пола Буца, ассистент-профессора биохимии и биофизики, аспирантов Йи Пана и Сюэяна Хэ, постдока Джонатана Чена, научного сотрудника Хиронори Адачи и исследователей из ProQR Therapeutics, протестировала искусственную направляющую РНК в клетках дрожжей и в клетках пациентов с заболеваниями (муковисцидоз и нейрофиброматоз). В обоих случаях действие искусственной направляющей РНК делало преждевременный терминирующий кодон (стоп-сигнал) невидимым, позволяя клеткам полностью считывать генетические инструкции и создавать полноразмерные функциональные белки.

Они также обнаружили, что направляющая РНК подавляла другой клеточный механизм — nonsense-mediated mRNA decay (NMD). Эта система надзора в организме нацелена на мРНК с преждевременными стоп-кодонами и уничтожает их, чтобы белок не производился. Подавление NMD — еще один способ, которым искусственная направляющая РНК обеспечивала присутствие значительного количества мРНК в клетке и полное считывание генетических инструкций с последующим синтезом полных белков.

Преимущества подхода на основе РНК

Муковисцидоз (МВ) — одно из многих состояний, которые могут быть вызваны нонсенс-мутацией. При МВ такая мутация в гене CFTR приводит к производству неполных белков CFTR, регулирующих поток соли и жидкостей в клетках и из них. Результат — накопление густой слизи и постоянные легочные инфекции. Ю считает, что стратегия его команды по подавлению нонсенс-мутаций имеет большой потенциал для помощи пациентам с МВ и другими наследственными заболеваниями.

"Наша методика перспективна, потому что мы не наблюдали никаких негативных побочных эффектов. Используя в больных клетках только одну направляющую РНК — и ничего больше — мы можем специфически подавлять нонсенс-мутации, не нарушая работу других частей клетки", — отметил Ю, профессор биохимии и биофизики Медицинской школы Рочестерского университета. — "При генной терапии на уровне ДНК всегда есть опасения по поводу специфичности, потому что изменения в ДНК постоянны. Поскольку РНК — временная молекула, меньше беспокойства о долгосрочных эффектах. РНК-направленная модификация РНК дает нам огромную возможность сфокусироваться на одной точке в геноме и сделать очень точные изменения".

"Исследования доктора Ю находятся на переднем крае самых перспективных методов лечения муковисцидоза и, возможно, других генетических заболеваний", — сказал Джеффри Дж. Хейс, заведующий кафедрой биохимии и биофизики. — "Это действительно захватывающее время".