Российские молекулярные биологи выяснили, что замена в искусственных молекулах РНК базовых нуклеотидов на их аналоги снижает нежелательный иммунный ответ живых клеток. Результаты работы помогут разработать новые типы искусственных РНК для лечения онкологических и других заболеваний. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в журнале Genes.
Каждая живая клетка содержит много разных видов РНК (рибонуклеиновой кислоты), причем большая часть этих молекул – некодирующие, то есть на их основе не синтезируется белок. Малые ядерные и ядрышковые РНК (мяРНК и мякРНК) – две разновидности коротких некодирующих ДНК, характерные для всех организмов, клетки которых имеют ядра. Обе эти РНК напрямую связаны с процессом создания белка в клетке. Первая из них участвует в подготовке матричной РНК, на которую «переписывается» информация о белках с ДНК. Вторая – мякРНК – важна для формирования компонентов рибосомы – молекулярной машины по производству белков.
Функции таких некодирующих РНК могут быть полезны в создании медицинских препаратов для лечения рака. С их помощью можно менять экспрессию – выработку белков – генов, увеличивая или уменьшая количество соответствующей им матричной РНК. Сегодня искусственные аналоги некодирующей РНК создаются в лабораториях, а на основе некоторых уже созданы лекарственные препараты. Но изучение полезных для терапии функций большинства видов искусственных некодирующих РНК пока затруднено. Одна из главных проблем – при попадании в живую клетку синтетические молекулы РНК активируют неспецифический иммунный ответ, который может привести к развитию воспаления в организме. Это приводит к изменению работы многих генов, так что эффект от введенной некодирующей РНК теряется на фоне иммунного ответа.
Российские молекулярные биологи предположили, что иммунный ответ будет слабее, если модифицировать искусственные РНК так, как это происходит в природе. Как и другие разновидности некодирующих кислот, малые ядерные и ядрышковые РНК в процессе созревания проходят через разные виды модификации, в том числе через изменение отдельных нуклеотидов – «букв» генетического кода. На места базовых нуклеотидов становятся их изомеры – вещества с такой же химической формулой, но другим пространственным строением. Например, вместо урацила в цепи РНК появляется псевдоуридин (его обозначают греческой буквой «пси» – Ψ). Другой вариант модификации – присоединение метильной группы (-CH3) к цитозину. Вместо цитозина в таком случае появляется 5-метилцитидин (m5C).
Чтобы выяснить, как включение в синтетическую РНК модифицированных нуклеотидов изменит реакцию клеток на эту молекулу, исследователи синтезировали две малые ядрышковые РНК и одну ядерную, аналогичные человеческим. Каждую РНК создали в нескольких вариантах: с базовыми и модифицированными нуклеотидами. Полученные РНК ввели в клетки аденокарциномы молочной железы человека. Эффект действия синтетических РНК оценили методом RNA-Seq, при котором экспрессия гена оценивается по количеству соответствующей ему матричной РНК.
Оказалось, что малые ядрышковые и ядерные РНК без модификаций меняют работу большего числа генов в клетке. Так, первая из проверенных мякРНК в немодифицированном виде увеличивала экспрессию 188 генов, с m5C вместо цитозина – 150 генов, а при введении псевдоуридина – 128 генов. Снизилось не только число затронутых генов, но и уровень их экспрессии. Большинство из них оказалось связано с иммунным ответом.
Убедившись, что модификации снижают силу иммунного ответа, исследователи проверили, как такие РНК влияют на жизнеспособность клеток. В то время как немодифицированные искусственные мяРНК и мякРНК во много раз снижали выживаемость (в одном случае до 22%), модифицированные РНК оказались значительно менее токсичны. Даже замена 20 – 30% базовых нуклеотидов на m5C и псевдоуридин в РНК приводила к тому, что жизнеспособность клеток значительно возрастала. А при стопроцентной модификации синтетические РНК практически теряли свое цитотоксическое действие.
«Полученные нами результаты будут полезны для понимания того влияния, которое оказывают нуклеотидные модификации на функции некодирующих РНК в природе, – говорит Марина Зенкова, заведующая лабораторией биохимии нуклеиновых кислот Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. – Но, кроме того, они могут быть использованы для синтеза терапевтических искусственных РНК. Малые ядерные и ядрышковые РНК пригодны для «тонкой настройки» матричной и рибосомной РНК, и потому они – перспективная модель для создания новых терапевтических средств».
Источник: https://indicator.ru/news/2019/01/16/sposob-upravlyat-immunnym-otvetom/
