Иногда одна-единственная ошибка в ДНК способна остановить производство жизненно важного белка. Клетка начинает читать ген, доходит до случайно возникшего стоп-сигнала и прекращает сборку молекулы раньше времени. В результате белок получается укороченным и часто вообще не способен выполнять свою работу.
Именно так действуют нонсенс-мутации — причина многих наследственных заболеваний. Теперь исследователи предложили необычный способ обойти такую ошибку: не исправлять сам ген, а изменить то, как клетка читает его инструкцию.
Команда учёных разработала модифицированную транспортную РНК — tRNA. В норме эти небольшие молекулы работают как переводчики между генетическим кодом и белком: каждая tRNA распознаёт определённый кодон в мРНК и приносит к растущей белковой цепи нужную аминокислоту. Исследователи изменили tRNA так, чтобы она могла распознавать преждевременный стоп-кодон и вместо остановки синтеза продолжала сборку белка.
Иначе говоря, клетка получает ложную команду «стоп», но модифицированная tRNA помогает ей понять: здесь точка поставлена по ошибке, нужно читать дальше.
Учёные также внесли в молекулу химическую модификацию N¹-метиладенозин. Она сделала tRNA более устойчивой, повысила эффективность её работы и уменьшила нежелательную активацию врождённого иммунитета.
Но была ещё одна проблема: tRNA необходимо доставить внутрь клеток. Для этого исследователи создали специальные липидные наночастицы, адаптированные именно для транспортировки tRNA.
Технологию проверили на муковисцидозе — заболевании, при котором некоторые мутации в гене CFTR создают преждевременные стоп-кодоны. Из-за этого клетка не может нормально производить белок CFTR, регулирующий транспорт ионов через мембрану эпителиальных клеток.
В клетках дыхательных путей модифицированная tRNA помогла восстановить синтез полноразмерного CFTR. В некоторых моделях функциональный эффект сохранялся более сорока дней.
Очень интересные результаты исследователи получили на органоидах, выращенных из клеток пациента с вариантом CFTR, который практически не отвечал на существующие препараты. По отдельности эффект был слабым: ни tRNA, ни препарат Trikafta не давали полноценного восстановления функции. Но вместе они работали значительно лучше.
Сначала tRNA позволяла клетке закончить сборку белка, несмотря на преждевременный стоп-кодон. Затем Trikafta помогала этому белку правильно свернуться, попасть на мембрану и выполнять свою функцию. Так возникла потенциальная комбинированная стратегия: сначала восстановить сам белок, а затем помочь ему работать.
Нонсенс-мутации встречаются не только при муковисцидозе. Они связаны примерно с десятой частью наследственных генетических заболеваний и обнаруживаются при самых разных патологиях — от некоторых мышечных дистрофий до редких неврологических синдромов.
При этом преждевременные стоп-сигналы основаны всего на трёх стоп-кодонах генетического кода. Поэтому теоретически одна и та же стратегия может использоваться для разных заболеваний, если их вызывает сходный тип ошибки.
Это не означает, что одна tRNA станет универсальным лекарством от тысяч болезней. Всё будет зависеть от конкретного гена, места мутации, необходимой аминокислоты и того, в какие ткани нужно доставить молекулу. Но сам принцип действительно открывает возможность создавать платформенные препараты вместо отдельной терапии для каждой редкой мутации.
Исследование пока остаётся доклиническим: технология испытана на клетках, органоидах и животных моделях. Учёным предстоит убедиться, что модифицированная tRNA не начинает случайно пропускать нормальные стоп-кодоны, которыми должны заканчиваться обычные белки. Также необходимо улучшать системы доставки и тщательно изучать возможные иммунные и воспалительные реакции.
Современная генетическая медицина всё чаще пытается исправить повреждённую ДНК. Здесь выбран другой путь: ген остаётся прежним, а вмешательство происходит на этапе чтения его инструкции.
