Исследование РНК: от вакцин до лечения рака

РНК стала широко известна благодаря пандемии COVID-19 и мРНК-вакцинам от Pfizer-BioNTech и Moderna. Однако для науки рибонуклеиновая кислота остается чрезвычайно сложной молекулой, функции которой — "самый большой черный ящик всей молекулярной медицины", по словам профессора Брауновского университета Хуана Альфонсо.

Новый Центр РНК Брауновского университета, запущенный в прошлом году, сосредоточен на фундаментальных открытиях в области РНК и их переводе в результаты для пациентов. Центр также катализирует международные усилия по идентификации и секвенированию всей человеческой РНК — проект Human RNome Project.

Чем РНК отличается от ДНК?

РНК раньше считалась "забытым кузеном" ДНК. В то время как ДНК хранит информацию, РНК доставляет эту информацию к клеточным механизмам, производящим белки. Аналогия: ДНК — это жесткий диск, а вся РНК в клетке — это приложения или программы, которые обрабатывают информацию и доставляют её туда, где она нужна.

Как изменилось наше понимание РНК?

Современные технологии позволяют секвенировать весь геном человека за день. Однако интерпретация этой информации — задача РНК. Секвенирование РНК привело к осознанию, что только 2% генома кодирует РНК для производства белков. Вопрос о функции остальных 98% — "самый большой черный ящик молекулярной биологии".

Цель Human RNome Project — идентифицировать, количественно определить и картировать все РНК и их модификации как в здоровых, так и в больных клетках и тканях человека.

Уроки мРНК-вакцин от COVID-19

Доктора Дрю Вайсман и Каталин Карико задались вопросом: можно ли создать вакцину, вводя не сам вирусный белок, а матричную РНК (мРНК), которая программирует его производство и индуцирует иммунитет?

Ключевыми задачами были хрупкость РНК и риск воспалительной реакции. Успех вакцины стал возможен благодаря модификации РНК, представляющей геном COVID-19, что принесло ученым Нобелевскую премию в 2023 году.

Преимущество РНК-вакцин — скорость разработки (модифицировать РНК в лаборатории можно очень быстро) и безопасность: РНК достаточно стабильна для создания вакцины, но не изменяет генетический состав человека, в отличие от манипуляций с ДНК.

Перспективы применения РНК в медицине

Секвенирование всей человеческой РНК и её модификаций может привести к:

  • Новым диагностическим инструментам для выявления болезней (например, болезни Альцгеймера).
  • Революции в понимании человеческого организма.
  • Методам лечения таких заболеваний, как рак.

Кроме того, модификации РНК могут помочь в решении глобальных проблем, например, повышении продуктивности сельского хозяйства.

Ключевая роль модификаций РНК

Один из фокусов Центра РНК — модификации РНК. В природе существует 185 различных химических добавок, создающих модификации РНК, которыми можно "играть" для разных целей. Например, некоторые исследователи тестируют модификации для создания вакцины против рака. Эта область развивается очень быстро.

Главные нерешенные вопросы

Помимо секвенирования и определения функций, ключевой вызов — доставка РНК в нужное место в организме. Например, как сделать РНК настолько специфичной, чтобы она воздействовала только на печень? Над этим работают биоинженеры, "играя" с различными наночастицами для упаковки и целевой доставки РНК.

Междисциплинарный подход Центра РНК

Центр работает как серия концентрических кругов:

  1. Ядро — фундаментальные ученые (молекулярные биологи, генетики, биохимики), изучающие основы науки о РНК.
  2. Следующий круг — биоинженеры (например, Тереза Раймондо), которые переводят открытия в терапии, решая вопросы доставки РНК.
  3. Внешний круг — клиницисты, которые будут применять терапии для помощи пациентам.

Все эти специалисты должны постоянно взаимодействовать.

Национальный отчет и будущее

В 2023 году Хуан Альфонсо вошел в комитет Национальных академий наук, инженерии и медицины США, который в марте 2024 года выпустил отчет "Charting a Future for Sequencing RNA and its Modifications".

Ключевые выводы:

  • Ученые используют разные устройства для секвенирования РНК, создают несопоставимые базы данных (обработка ~1 миллиарда фрагментов информации на эксперимент).
  • В настоящее время не хватает технологий для точного чтения молекул РНК и их модификаций.
  • Необходимо установить единые стандарты для устройств и данных, чтобы результаты разных исследований можно было сравнивать.
  • Отчет предлагает дорожные карты для развития технологий, кадров и баз данных и призывает к масштабным национальным и международным инвестициям.

В конце августа в Вашингтоне состоится саммит, где научное сообщество, правительство и индустрия обсудят текущее состояние исследований РНК и пути движения вперед.

2024-08-14