Zespół badawczy kierowany przez prof. Jacka Jemielitego i dr hab. Joannę Kowalską z Uniwersytetu Warszawskiego opracował nowatorską, chemiczną metodę otrzymywania kolistych cząsteczek mRNA. Otwiera to nowe możliwości w projektowaniu stabilnych i skutecznych leków opartych na RNA. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”.
Nowa technika, nazwana chem-circRNA, pozwala na efektywną cyrkularyzację cząsteczek RNA wytwarzanych metodą transkrypcji in vitro, o długościach od 35 do choćby 4000 nukleotydów, z wydajnością sięgającą ponad 60%. Wykorzystuje ona reakcję redukującej aminacji między zmodyfikowanym końcem 5′ a utlenionym końcem 3′ RNA, co eliminuje ograniczenia typowe dla metod enzymatycznych czy autokatalitycznych – takich jak zależność od sekwencji czy niska wydajność.
– Było to dla nas niezwykle zaskakujące, iż tak wrażliwe na degradacje cząsteczki można poddać selektywnej reakcji chemicznej. Jeszcze bardziej niesamowite jest to, iż można wydajnie zamknąć w kółko choćby tak olbrzymie cząsteczki RNA jak te kodujące białko S wirusa SARS-Cov-2 (to ponad 4 tys. nukleotydów) – komentuje dr hab. Joanna Kowalska z Wydziału Fizyki UW.
Najważniejsze cechy nowej metody:
- pionierskość: jest to pierwsza na świecie chemiczna metoda otrzymywania tego typu cząsteczek;
- uniwersalność i skalowalność: metoda działa dla szerokiego zakresu długości i sekwencji RNA, w tym zawierających terapeutyczne modyfikacje;
- wysoka aktywność translacyjna: koliste RNA otrzymane tą metodą wspierają efektywną, kap-zależną translację białek w komórkach ssaczych;
- zwiększona stabilność: cząsteczki chem-circRNA wykazują trwałość porównywalną lub wyższą niż ich odpowiedniki otrzymywane enzymatycznie;
- kompatybilność z innymi technologiami modyfikacji mRNA: dzięki temu, iż chemiczna metoda umożliwia wprowadzenie struktury kapu do circRNA, uniezależnia translacje od IRES (struktura RNA, która może służyć do inicjacji translacji, wykorzystywana m. in. przez niektóre wirusy). W efekcie circRNA można łączyć z modyfikowanymi nukleotydami, takimi jak pseudourydyna, obniżającymi reaktogenność mRNA (za przełomowe odkrycia związane z modyfikacjami zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciw COVID-19 badacze z Perelman School of Medicine na Uniwersytecie Pensylwanii w Stanach Zjednoczonych otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za 2023 rok).
– Opracowana przez nas strategia chemicznej cyrkularyzacji RNA to elastyczne narzędzie, które pozwala projektować cząsteczki mRNA o lepszej stabilności i kontrolowanej translacji. To otwiera drogę do tworzenia nowej generacji terapii RNA – od szczepionek po bardziej zaawansowane terapie genowe” – podkreśla prof. Jacek Jemielity, dyrektor Centrum Nowych Technologii UW.
Znaczenie odkrycia
Nowa metoda może znacząco przyspieszyć rozwój mRNA terapeutycznego o przedłużonym działaniu, które mogłoby znaleźć zastosowanie szczególnie tam, gdzie wydłużony czas produkcji terapeutycznych białek jest szczególnie ważny, czyli np. w leczeniu genetycznych chorób rzadkich.
