Science: модифицированная РНК восстановила производство белка в клетках

Канадские ученые разработали экспериментальный метод, позволяющий клеткам продолжать производство белка вопреки ошибочной команде остановки в генетическом коде. Технология потенциально может лечь в основу терапии тысяч наследственных заболеваний, однако пока ее проверили только на клеточных и доклинических моделях.

Исследование провели специалисты Университета Торонто, детской больницы SickKids и сети медицинских учреждений University Health Network. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

В центре исследования оказались так называемые нонсенс-мутации. При такой генетической ошибке в инструкции по сборке белка преждевременно появляется стоп-кодон. Клетка воспринимает его как приказ прекратить работу, поэтому нужный белок либо не производится, либо получается укороченным и не выполняет свои функции.

По оценке исследователей, нонсенс-мутации вызывают около 11 процентов наследственных заболеваний. Они встречаются при некоторых формах муковисцидоза, а также при отдельных мышечных и неврологических нарушениях.

Для обхода преждевременного сигнала ученые изменили транспортную РНК. В норме эта молекула считывает генетическую инструкцию и доставляет аминокислоты, из которых клетка собирает белок. Созданный исследователями вариант распознает ошибочный стоп-кодон, вставляет необходимую аминокислоту и позволяет продолжить сборку.

При этом технология не исправляет повреждение в самой ДНК. Она воздействует на следующую стадию процесса и помогает клетке прочитать содержащую ошибку инструкцию до конца.

Одной из главных проблем стала доставка модифицированной РНК к нужным клеткам. Ученые использовали липидные наночастицы — микроскопические оболочки, похожие на системы доставки матричной РНК. За один день команда создала около тысячи вариантов липидов, после чего отобрала наиболее подходящую конструкцию.

Метод испытали на моделях муковисцидоза. Это наследственное заболевание нарушает перемещение соли и воды через клеточные мембраны, из-за чего в дыхательных путях и других органах накапливается густая слизь.

В клетках дыхательных путей человека с двумя распространенными нонсенс-мутациями экспериментальная транспортная РНК восстановила производство полноразмерного белка CFTR. Исследователи проверили не только его появление, но и способность выполнять свои функции. Эффект сохранялся более 40 дней.

Дополнительные опыты провели на органоидах — выращенных в лаборатории миниатюрных моделях тканей пациента. У этого человека обнаружили четыре мутации, две из которых создавали преждевременные сигналы остановки и делали существующую терапию неэффективной.

По отдельности модифицированная РНК и применяемый препарат почти не повлияли на клетки. Однако их сочетание дало результат: РНК восстановила производство полноразмерного белка, после чего лекарство смогло воздействовать на него.

Авторы считают важным преимуществом метода его потенциальную универсальность. Нонсенс-мутации могут возникать в тысячах разных генов, но создают только три варианта преждевременных стоп-кодонов. Теоретически одна конструкция транспортной РНК сможет работать при разных заболеваниях, если в их основе лежит одинаковый ошибочный сигнал.

Исследователи теперь намерены создать системы доставки для разных органов. Частицы, предназначенные для легких, уже выдержали превращение в мелкодисперсный аэрозоль. В перспективе это может позволить вводить препарат при помощи ингалятора.

До применения технологии в клинической практике предстоит проверить ее безопасность, точность и продолжительность действия. Испытаний с участием людей пока не проводили, поэтому говорить о создании готового лекарства рано.

Читайте также: Ученые заглянули внутрь заменителей мяса и нашли токсины в каждом