Tehnologia bazată pe ARN facilitează utilizarea eficientă a terapiei genice pentru bolile greu de tratat, cu gene mari.
Terapia genică poate trata în mod eficient diverse boli, însă pentru unele afecţiuni debilitante, cum ar fi distrofiile musculare, există o mare problemă: dimensiunea genelor.
Genele care sunt disfuncţionale în distrofiile musculare sunt adesea extrem de mari, iar metodele actuale de administrare nu pot transporta în organism încărcături genetice atât de importante.
O nouă tehnologie, denumită „StitchR” - prescurtarea de la „stitch ARN”, depăşeşte acest obstacol prin transmiterea separată a două jumătăţi ale unei gene; odată ajunse într-o celulă, ambele segmente de ADN generează ARN mesager (ARNm) care se unesc perfect pentru a restabili expresia unei proteine care lipseşte sau este inactivă în cazul bolii.
Într-un articol, publicat în revista Science, cercetătorii arată că StitchR a restabilit expresia unor proteine musculare terapeutice mari la niveluri normale în două modele animale diferite de distrofie musculară.
StitchR a permis exprimarea proteinei disferlină, care lipseşte la persoanele cu distrofie musculară a centurii membrelor (LGMD) de tip 2B/R2, precum şi a proteinei distrofină, care lipseşte la pacienţii cu distrofie musculară Duchenne.
Distrofia musculară Duchenne este cea mai frecventă formă de distrofie musculară cu debut precoce; mulţi băieţi devin imobilizaţi în scaunul cu rotile în adolescenţă şi mor la 20 de ani.
Persoanele cu distrofie musculară a centurii membrelor prezintă slăbiciune şi epuizare la nivelul muşchilor umărului, şoldului şi coapsei şi adesea au dificultăţi în a sta în picioare, a se mişca şi a îndeplini sarcinile zilnice.
„Terapia genică este un instrument puternic pentru a furniza o copie sănătoasă a genei înapoi în celulele unui pacient pentru a corecta bolile genetice, dar vectorii utilizaţi pentru a furniza aceste informaţii sunt mici, ceea ce a împiedicat până în prezent utilizarea lor pentru a trata o serie întreagă de boli cauzate de mutaţii în gene mari”, a declarat într-un comunicat Douglas M. Anderson, autorul principal al studiului şi profesor asistent de medicină în cadrul Institutului de Cercetare Cardiovasculară Aab de la Facultatea de Medicină şi Stomatologie (SMD) şi Centrul Medical al Universităţii Rochester (URMC).
Tehnologia bazată pe ARN facilitează utilizarea eficientă a terapiei genice pentru bolile greu de tratat, cu gene mari, StitchR, URMC, 14 noiembrie 2024
„În loc să livrăm gena completă într-un singur vector, ceea ce nu este posibil, am dezvoltat un sistem eficient de vector dublu în care două jumătăţi ale unei gene sunt livrate separat, dar se reunesc pentru a reconstitui ARN mesager mare în ţesuturile afectate”, a explicat cercetătorul.
Tehnologia s-a născut printr-o întâmplare. În urmă cu câţiva ani, cercetătorii laboratorului URMC au constatat că atunci când două ARNm separate au fost tăiate de secvenţe mici de ARN numite ribozime, acestea au fost legate (unite) fără probleme şi traduse în proteine de lungime completă. Echipa a constatat că atunci când ribozimele scindează sau taie ARN-ul, acestea lasă capete care sunt recunoscute de o cale naturală de reparare.
„La fel ca atunci când enzimele CRISPR sunt utilizate pentru a tăia ADN-ul, enzimele CRISPR sunt doar foarfecele, iar enzimele naturale de reparare ale unei celule sunt cele care lipesc ADN-ul la loc”, a explicat prof. Anderson, care este, de asemenea, membru al Centrului pentru Biologia ARN de la Universitatea Rochester.
„Credem că se întâmplă ceva similar şi aici, dar pentru ARN. Ribozimele acţionează ca o foarfecă, iar căile naturale de reparare ale celulei sunt capabile să reunească cele două ARN-uri. Este remarcabil faptul că două ARNm separate sunt capabile să se regăsească şi că procesul poate fi atât de eficient”, a adăugat cercetătorul.
Laboratorul a optimizat eficienţa procesului (de peste 900 de ori faţă de experimentele lor iniţiale) şi a adaptat tehnologia într-un mecanism puternic de livrare a genelor. Atunci când două jumătăţi ale unei gene terapeutice mari sunt codificate în vectori de virus adeno-asociat (AAV), care sunt cei mai frecvent utilizaţi vectori pentru terapia genică deoarece sunt siguri şi nu provoacă boli la om, ribozimele taie capetele ARNm-urilor şi acestea se unesc ulterior, formând un singur ARNm fără sudură capabil să producă proteine într-un ţesut dorit.
Echipa de cercetare a constatat că ARNm-urile înădite par să se comporte în esenţă la fel ca omologii lor naturali de lungime întreagă, traducând în mod eficient informaţiile genetice în proteine funcţionale.
Ribozimele cu auto-cuplare, care sunt esenţiale pentru activitatea StitchR, se găsesc în mod natural în tot regnul animal şi sunt compuse din familii diferite, care prezintă activităţi de clivare diferite. După testarea a numeroase familii şi secvenţe de ribozime, aceştia au identificat în cele din urmă o formulă care a condus la un nivel ridicat de producţie de proteine şi s-a apropiat de nivelurile atinse de genele exprimate de un singur vector.
Conceptul pare simplu, dar acest lucru a necesitat o muncă de laborator considerabilă pentru a optimiza moleculele implicate pentru ca două segmente diferite de ARNm să se poată găsi reciproc într-o celulă şi să poată fi unite perfect pentru a crea un ARNm funcţional, şi pentru a se asigura că acestea sunt stabile în celule şi pentru a face procesul cât mai eficient posibil, au indicat cercetătorii.
Potrivit acestora, StitchR poate fi cuplat cu multe tipuri diferite de vectori care sunt utilizaţi pentru a livra sau exprima o genă în celule şi că pare să funcţioneze eficient cu orice secvenţă de ARNm, deschizând calea pentru utilizarea sa într-o gamă largă de boli şi aplicaţii.
O altă caracteristică a acestei tehnologii ar fi faptul că este produsă doar proteina de lungime completă.
„Alte abordări cu vectori dubli sunt în curs de dezvoltare de zeci de ani, dar au fost afectate de lipsa de eficienţă şi de producerea de produse mai puţin lungi decât cele complete. Întrucât StitchR apare la nivelul ARN-ului, putem controla şi ne putem asigura că se produce numai proteina de lungime completă. Acest lucru diferenţiază StitchR de alte tehnologii cu vector dublu, de exemplu inteins, o tehnologie de legare a proteinelor, care poate fi eficientă, dar necesită exprimarea unor fragmente proteice mai mici care pot avea efecte necunoscute într-o celulă”, a adăugat prof. Anderson.
Cu StitchR şi alte instrumente, „lucrăm la tratamente pentru unele dintre cele mai debilitante boli genetice de pe planetă, dintre care multe nu au tratamente sau leacuri actuale”, a adăugat prof. Anderson.
În prezent, laboratorul lucrează cu alte laboratoare de cercetare şi de generare a vectorilor StitchR pentru a trata numeroase boli cauzate de gene mari, care sunt în număr de ordinul miilor.
