Циклические РНК-переключатели для регуляции экспрессии генов в зависимости от типа клеток

Лаборатория Хирохидэ Сайто разработала циклические РНК-переключатели, способные контролировать экспрессию генов в зависимости от типа клеток с использованием miRNA и РНК-связывающих белков, и успешно сконструировала искусственную генную цепь, комбинируя их.

Технология переноса генов с использованием синтетической mRNA имеет преимущества в виде низкого риска повреждения генома и высокой эффективности переноса по сравнению с ДНК, что открывает широкий спектр потенциальных применений, включая вакцины, генную терапию и редактирование генома. Однако РНК нестабильна в клетке, что затрудняет поддержание экспрессии гена.

Циклические РНК более стабильны, чем линейные mRNA, так как они не так легко деградируют в клетках, и поэтому привлекают внимание как новая синтетическая mRNA, улучшающая устойчивость РНК. Однако специфическое введение mRNA в целевые клетки было сложной задачей, а нежелательная экспрессия белка в нецелевых клетках может привести к снижению терапевтической эффективности и побочным эффектам в медицинских применениях mRNA. Поэтому необходима технология для контроля экспрессии белка (экспрессии гена) из циклической РНК, но она до сих пор не была реализована.

Лаборатория Сайто начала работу над разработкой технологии РНК-переключателей, способных контролировать экспрессию генов циклических РНК в зависимости от типа клеток.

Известно, что miRNA индуцируют деградацию mRNA и подавляют синтез белка, связываясь с mRNA с полностью комплементарными последовательностями РНК в клетках. Исследовательская группа синтезировала циклические РНК, предназначенные для реакции на эндогенные miRNA с целью регуляции экспрессии генов. Когда синтезированные miRNA-чувствительные циклические РНК вводили в культивируемые клетки с ингибитором miRNA, экспрессия гена подтверждалась, но подавлялась без ингибиторов miRNA. Этот результат предполагает, что эндогенные miRNA связываются с созданными циклическими РНК и подавляют их экспрессию гена.

Аналогичным образом они попытались синтезировать циклические РНК, в которые были вставлены мотивы связывания белка во внутренний сайт входа рибосомы (IRES), что позволяет осуществлять трансляцию без 5'-кэп-структуры, и в результате экспрессия гена регулировалась РНК-связывающими белками. В результате им удалось сконструировать циклическую РНК, которая может регулировать экспрессию гена зависимым от РНК-связывающего белка образом, не нарушая функцию IRES.

Наконец, они разработали искусственную генную цепь, комбинируя два типа циклических РНК-переключателей, и проверили, функционирует ли она в клетках. В результате исследователи показали, что специфические miRNA могут индуцировать экспрессию гена из циклических РНК. Группа также подтвердила, что экспрессия гена поддерживалась в течение более длительного периода времени по сравнению с искусственной генной цепью, состоящей из нормальных линейных mRNA.

Ожидается, что вновь разработанные технологии для циклических РНК-переключателей и искусственных генетических цепей расширят диапазон применений mRNA-медицины и внесут вклад в решение проблем для практического использования.

Результаты этого исследования были опубликованы онлайн в журнале Nucleic Acids Research 16 января 2023 года.