Генная терапия будущего тРНК может помочь людям с неизлечимыми заболеваниями

Фото из открытых источников

Многие слышали о применении мРНК в медицине. От вакцин против COVID до передовых методов лечения рака, мРНК-терапия имеет огромные перспективы и одновременно вызывает не меньшие споры. 

Но теперь появился новый игрок на рынке: тРНК, РНК-терапия нового поколения, которая, по словам ученых, проводивших новое исследование, может привести к созданию совершенно нового класса лекарств от бесчисленных генетических заболеваний. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Ученые десятилетиями рассматривали потенциал тРНК, но только сейчас начинают прорабатываться практические аспекты.

«мРНК и тРНК играют совершенно разные роли в процессе синтеза белков в клетках», — заявил Боуэн Ли из Университета Торонто. «мРНК содержит генетические инструкции для создания белка — можно представить её как рецепт. тРНК является частью механизма, который считывает этот рецепт и соединяет необходимые аминокислоты для построения белка».

Одно из применений тРНК в медицине заключается в их способности позволять клетке обходить определенные типы генетических мутаций, называемые нонсенс-мутациями.

Именно здесь изменения в четырехбуквенном коде ДНК — A, C, T и G — вызывают «ошибку в написании», которую клеточный механизм распознает как стоп-кодон. Стоп-кодоны подобны красным светофорам, сигнализирующим о том, что синтез белка должен закончиться здесь. 

Нонсенс-мутация означает, что в результате образуется белок короче, чем должен быть, и, следовательно, он, вероятно, не будет правильно функционировать. 

Считается, что около 11 процентов всех наследственных генетических заболеваний являются результатом нонсенс-мутаций, поэтому любая терапия потенциально может помочь большому количеству людей.

Именно над этим работают Ли и его команда во главе с аспирантом Цзинъань Ченом, как объяснил Ли: «В нашем исследовании мы используем сконструированную супрессорную тРНК для решения проблемы определенного типа генетической ошибки, называемой нонсенс-мутацией. Сконструированная тРНК, по сути, позволяет клетке распознать этот ошибочно расположенный знак «стоп» и продолжить синтез полноразмерного белка. Это существенно отличается от традиционной мРНК-терапии, где мы вводим новую мРНК, кодирующую белок, который мы хотим, чтобы клетка производила. Это также отличается от редактирования генов, поскольку мы не изменяем ДНК пациента. Вместо этого мы временно вмешиваемся в процесс преобразования существующего генетического сообщения в белок».

В настоящее время они сосредоточены на лечении муковисцидоза (МВ), при котором мутации приводят к нефункционализации белка CFTR. 

Хотя поражается только этот единственный белок, это вызывает целый ряд проблем во всем организме. Многие знают о муковисцидозе как о заболевании легких, но он также вызывает проблемы с пищеварением, поскольку нормальная функция белка CFTR заключается в поддержании правильной консистенции слизи, выстилающей эти органы.

Без него слизь становится слишком густой и её труднее отводить, что приводит к проблемам с дыханием, частым инфекциям, недоеданию и другим симптомам.

В последние годы произошли значительные улучшения в лечении людей с муковисцидозом, появились новые генные терапии, что привело к увеличению продолжительности жизни. Однако в статье поясняется, что примерно у 10 процентов пациентов имеется нонсенс-мутация в гене CFTR, и они не могут получить пользу от таких методов лечения, как одобренный FDA препарат Трикафта.

В своем исследовании Ли и его команда продемонстрировали, что тРНК можно модифицировать таким образом, чтобы обойти нонсенс-мутацию и восстановить синтез полноразмерного белка CFTR в различных лабораторных моделях муковисцидоза.

В их число входили клетки легких, мышиные образцы и органоиды, полученные от пациентов – миниатюрные органы, выращенные из клеток людей с муковисцидозом.

В одной из моделей органоидов было обнаружено, что сочетанное лечение с использованием тРНК и одобренного препарата Трикафта оказалось эффективным, а это значит, что при необходимости это может стать дополнительным вариантом лечения для некоторых пациентов.

Одной из проблем, с которой столкнулась команда и которую ей удалось преодолеть, была безопасная доставка тРНК в клетки.

«Доставка — одна из самых больших проблем практически для всех РНК-препаратов. Молекулы РНК хрупкие, не могут эффективно проникать в клетки самостоятельно и должны достичь нужных клеток и, в конечном итоге, нужного места внутри этих клеток», — объяснил Ли. «Важный вывод из этого исследования заключается в том, что липидные наночастицы, оптимизированные для мРНК, не обязательно оптимальны для тРНК. ТРНК намного меньше, чем типичные терапевтические мРНК, и имеют совершенно другую структуру и химические свойства. Поэтому нам пришлось переосмыслить рецептуру, а не просто встраивать тРНК в уже существующую наночастицу мРНК».

Задача состояла из двух частей: им нужно было модифицировать тРНК, чтобы сделать ее более стабильной, и перепроектировать наночастицу, чтобы сделать ее более удобной для взаимодействия с тРНК.

«Для меня одним из самых захватывающих моментов стало осознание того, что такая маленькая молекула РНК может восстановить выработку функционального белка при сочетании с подходящей химией и системой доставки», — сказал Ли.

К числу наиболее известных примеров относятся мышечная дистрофия Дюшенна и бета-талассемия, но существует гораздо больше редких и крайне редких заболеваний, каждое из которых может поражать лишь небольшое количество людей – иногда всего несколько человек по всему миру. 

Поскольку некоторые из этих расстройств поражают лишь небольшое количество людей, исследование и разработка методов лечения представляют собой чрезвычайно сложную задачу из-за недостатка данных. 

Именно здесь терапия с использованием тРНК может иметь большое преимущество.

«Вместо того чтобы разрабатывать совершенно новый препарат для каждой отдельной мутации, одна супрессорная тРНК потенциально может бороться с множеством заболеваний, имеющих один и тот же тип преждевременного стоп-кодона», — пояснил Ли. «Мы начали с очень специфической проблемы — нонсенс-мутаций при муковисцидозе, — но исследование заставило нас понять, что это потенциально может стать гораздо более широкой терапевтической стратегией».

Особый интерес представляют такие заболевания, как мышечная дистрофия Дюшенна и ряд метаболических, неврологических и других редких генетических расстройств. Поэтому следующая задача носит как молекулярный, так и анатомический характер: разработка тРНК, способных эффективно подавлять различные стоп-мутации, а также создание систем доставки, способных достигать органов за пределами легких.

В аналитической статье, сопровождающей исследование, Джейкоб У. Майерсон и Дрю Вайсман отметили: «Результаты работы Чена и др. имеют значение для тысяч пациентов с муковисцидозом».

Прежде чем терапию с использованием тРНК можно будет эффективно применять у людей с муковисцидозом, потребуется еще много работы, но Майерсон и Вайсман описывают результаты как «многообещающий шаг вперед».

«Вместо того чтобы навсегда переписывать ДНК, мы, возможно, сможем научить существующий в клетке механизм синтеза белков обходить определенные генетические ошибки. Это концепция, которую мы с большим энтузиазмом будем изучать дальше», — сказал Ли. «тРНК играет центральную роль в биологии на протяжении миллиардов лет, но по сравнению с мРНК она остается удивительно малоизученной в качестве лекарственного средства».