Инженеры разработали способ избирательного включения РНК-терапий в клетках человека

Исследователи из MIT и Гарвардского университета создали технологию для избирательного включения генной терапии в целевых клетках, включая клетки человека. Их система может обнаруживать специфические последовательности матричной РНК (мРНК) в клетках, и это обнаружение затем запускает производство определённого белка из трансгена (искусственного гена).

Поскольку экспрессия трансгенов в неправильных клетках может иметь негативные и даже опасные последствия, исследователи стремились снизить побочные эффекты генной терапии. Один из способов различать типы клеток — «считывать» их внутренние РНК-последовательности, которые варьируются от ткани к ткани.

Разработав метод производства трансгена только после «прочтения» специфических РНК-последовательности внутри клеток, исследователи создали технологию для точной настройки генной терапии в областях от регенеративной медицины до лечения рака. Например, можно создать терапию для уничтожения опухолей, настроив систему на идентификацию раковых клеток и производство токсичного белка именно внутри них.

«Это добавляет новые контрольные схемы в развивающуюся область РНК-терапевтиков, открывая путь для их следующего поколения, которое можно будет запрограммировать на включение только в определённых типах клеток или тканей», — говорит Джеймс Коллинз, старший автор исследования.

Этот высокоселективный подход, основанный на генетическом элементе, который вирусы используют для контроля трансляции генов в клетках-хозяевах, может помочь избежать некоторых побочных эффектов терапий, действующих на весь организм.

Детекция РНК

Матричные РНК (мРНК) несут инструкции для сборки конкретного белка. Несколько лет назад команда разработала способ использовать детекцию РНК как триггер для производства белка в бактериальных клетках. Система использует молекулу РНК под названием toehold, которая связывается с участком связывания рибосомы на мРНК целевого белка, блокируя его трансляцию.

Toehold также содержит последовательность, способную связаться с другой, «триггерной» мРНК-последовательностью. При её обнаружении toehold отпускает блокированную мРНК, и та транслируется в белок (например, флуоресцентный репортёр).

В новом исследовании цель состояла в создании аналогичной системы для эукариотических (в том числе человеческих) клеток, где трансляция сложнее. Вместо бактериальных компонентов исследователи использовали систему, которую вирусы применяют для захвата эукариотических клеток: IRES (internal ribosome entry sites) — РНК-структуры, рекрутирующие рибосомы для инициации трансляции.

Исследователи взяли природные IRES от вирусов и сконструировали их, добавив последовательность для связывания с триггерной мРНК. Такой модифицированный IRES, помещённый перед трансгеном в клетке человека, блокирует трансляцию этого гена до тех пор, пока не будет обнаружена триггерная мРНК. Её появление «включает» IRES и запускает производство белка.

Таргетная терапия

С помощью этой техники были созданы toehold-молекулы для детекции различных триггеров в клетках человека и дрожжей:

1. Вирусные мРНК (вируса Зика и SARS-CoV-2). Возможное применение — создание T-клеток, которые обнаруживают и реагируют на вирусную мРНК во время инфекции.
2. Клеточные мРНК, указывающие на состояние клетки (например, белки теплового шока при стрессе).
3. Рак-специфичные мРНК (например, тирозиназы в клетках меланомы). Это позволяет нацелить терапию на запуск производства белка, инициирующего гибель клетки при обнаружении раковых маркеров.

«Идея в том, чтобы иметь возможность нацелиться на любую уникальную РНК-сигнатуру и доставить терапевтический агент. Это способ ограничить экспрессию биомолекулы целевыми клетками или тканью», — отмечает один из авторов.

Все эксперименты пока проведены на клеточных культурах в лаборатории. Сейчас исследователи работают над стратегиями доставки компонентов системы в целевые клетки в моделях на животных.