Czasami pojedynczy błąd w DNA może zatrzymać produkcję ważnego białka. Komórka zaczyna czytać gen, dochodzi do przypadkowo powstałego sygnału stop i przerywa składanie cząsteczki przed czasem. W rezultacie białko jest skrócone i często w ogóle nie jest w stanie pełnić swojej funkcji.
Tak właśnie działają mutacje nonsensowne – przyczyna wielu chorób dziedzicznych. Teraz naukowcy zaproponowali nietypowy sposób obejścia takiego błędu: nie naprawianie samego genu, ale zmianę sposobu, w jaki komórka odczytuje jego instrukcję.
Zespół naukowców opracował zmodyfikowane transportowe RNA – tRNA. Normalnie te małe cząsteczki działają jak tłumacze między kodem genetycznym a białkiem: każde tRNA rozpoznaje określony kodon w mRNA i dostarcza do rosnącego łańcucha białkowego właściwy aminokwas. Naukowcy zmodyfikowali tRNA tak, aby mogło rozpoznawać przedwczesny kodon stop i zamiast zatrzymywać syntezę, kontynuowało budowę białka.
Innymi słowy, komórka otrzymuje fałszywą komendę „stop”, ale zmodyfikowane tRNA pomaga jej zrozumieć, że tutaj kropka została postawiona przez pomyłkę i należy czytać dalej.
Naukowcy wprowadzili również do cząsteczki chemiczną modyfikację N¹-metyladenozynę. Uczyniła ona tRNA bardziej stabilnym, zwiększyła efektywność jego działania i zmniejszyła niepożądaną aktywację odporności wrodzonej.
Ale był jeszcze jeden problem: tRNA musi zostać dostarczone do wnętrza komórek. W tym celu naukowcy stworzyli specjalne nanocząstki lipidowe, dostosowane właśnie do transportu tRNA.
Technologię przetestowano na mukowiscydozie – chorobie, w której niektóre mutacje w genie CFTR tworzą przedwczesne kodony stop. Z tego powodu komórka nie może normalnie produkować białka CFTR, które reguluje transport jonów przez błonę komórek nabłonkowych.
W komórkach dróg oddechowych zmodyfikowane tRNA pomogło przywrócić syntezę pełnowymiarowego CFTR. W niektórych modelach efekt funkcjonalny utrzymywał się ponad czterdzieści dni.
Bardzo interesujące wyniki naukowcy uzyskali na organoidach wyhodowanych z komórek pacjenta z wariantem CFTR, który praktycznie nie reagował na istniejące leki. Osobno efekt był słaby: ani tRNA, ani lek Trikafta nie dawały pełnego przywrócenia funkcji. Ale razem działały znacznie lepiej.
Najpierw tRNA pozwalało komórce dokończyć budowę białka, mimo przedwczesnego kodonu stop. Następnie Trikafta pomagała temu białku prawidłowo się zwinąć, dostać się na błonę i pełnić swoją funkcję. Tak powstała potencjalna strategia skojarzona: najpierw przywrócić samo białko, a potem pomóc mu działać.
Mutacje nonsensowne występują nie tylko w mukowiscydozie. Są związane z około jedną dziesiątą dziedzicznych chorób genetycznych i występują w bardzo różnych patologiach – od niektórych dystrofii mięśniowych po rzadkie zespoły neurologiczne.
Przy tym przedwczesne sygnały stop opierają się tylko na trzech kodonach stop w kodzie genetycznym. Dlatego teoretycznie ta sama strategia może być stosowana w różnych chorobach, jeśli wywołuje je podobny typ błędu.
Nie oznacza to, że jedno tRNA stanie się uniwersalnym lekiem na tysiące chorób. Wszystko będzie zależeć od konkretnego genu, miejsca mutacji, potrzebnego aminokwasu i tego, do jakich tkanek trzeba dostarczyć cząsteczkę. Ale sama zasada rzeczywiście otwiera możliwość tworzenia leków platformowych zamiast osobnej terapii dla każdej rzadkiej mutacji.
Badanie pozostaje na razie przedkliniczne: technologię przetestowano na komórkach, organoidach i modelach zwierzęcych. Naukowcy muszą się upewnić, że zmodyfikowane tRNA nie zacznie przypadkiem pomijać normalnych kodonów stop, którymi powinny kończyć się zwykłe białka. Konieczne jest również ulepszanie systemów dostarczania i dokładne badanie możliwych reakcji immunologicznych i zapalnych.
Współczesna medycyna genetyczna coraz częściej próbuje naprawić uszkodzone DNA. Tutaj wybrano inną drogę: gen pozostaje ten sam, a interwencja następuje na etapie odczytywania jego instrukcji.
