Іноді одна-єдина помилка в ДНК здатна зупинити виробництво життєво важливого білка. Клітина починає читати ген, доходить до випадково виниклого стоп-сигналу і припиняє збірку молекули раніше часу. В результаті білок виходить укороченим і часто взагалі не здатний виконувати свою роботу.
Саме так діють нонсенс-мутації — причина багатьох спадкових захворювань. Тепер дослідники запропонували незвичний спосіб обійти таку помилку: не виправляти сам ген, а змінити те, як клітина читає його інструкцію.
Команда вчених розробила модифіковану транспортну РНК — tRNA. У нормі ці невеликі молекули працюють як перекладачі між генетичним кодом і білком: кожна tRNA розпізнає певний кодон в мРНК і приносить до зростаючого білкового ланцюга потрібну амінокислоту. Дослідники змінили tRNA так, щоб вона могла розпізнавати передчасний стоп-кодон і замість зупинки синтезу продовжувала збірку білка.
Інакше кажучи, клітина отримує хибну команду «стоп», але модифікована tRNA допомагає їй зрозуміти: тут крапку поставлено помилково, потрібно читати далі.
Вчені також внесли в молекулу хімічну модифікацію N¹-метиладенозин. Вона зробила tRNA більш стійкою, підвищила ефективність її роботи і зменшила небажану активацію вродженого імунітету.
Але була ще одна проблема: tRNA необхідно доставити всередину клітин. Для цього дослідники створили спеціальні ліпідні наночастинки, адаптовані саме для транспортування tRNA.
Технологію перевірили на муковісцидозі — захворюванні, при якому деякі мутації в гені CFTR створюють передчасні стоп-кодони. Через це клітина не може нормально виробляти білок CFTR, що регулює транспорт іонів через мембрану епітеліальних клітин.
У клітинах дихальних шляхів модифікована tRNA допомогла відновити синтез повнорозмірного CFTR. У деяких моделях функціональний ефект зберігався понад сорок днів.
Дуже цікаві результати дослідники отримали на органоїдах, вирощених з клітин пацієнта з варіантом CFTR, який практично не відповідав на наявні препарати. Окремо ефект був слабким: ні tRNA, ні препарат Trikafta не давали повноцінного відновлення функції. Але разом вони працювали значно краще.
Спочатку tRNA дозволяла клітині завершити збірку білка, незважаючи на передчасний стоп-кодон. Потім Trikafta допомагала цьому білку правильно згорнутися, потрапити на мембрану і виконувати свою функцію. Так виникла потенційна комбінована стратегія: спочатку відновити сам білок, а потім допомогти йому працювати.
Нонсенс-мутації зустрічаються не лише при муковісцидозі. Вони пов'язані приблизно з десятою частиною спадкових генетичних захворювань і виявляються при найрізноманітніших патологіях — від деяких м'язових дистрофій до рідкісних неврологічних синдромів.
При цьому передчасні стоп-сигнали ґрунтуються лише на трьох стоп-кодонах генетичного коду. Тому теоретично одна й та сама стратегія може використовуватися для різних захворювань, якщо їх викликає подібний тип помилки.
Це не означає, що одна tRNA стане універсальним ліками від тисяч хвороб. Все залежатиме від конкретного гена, місця мутації, необхідної амінокислоти і того, в які тканини потрібно доставити молекулу. Але сам принцип дійсно відкриває можливість створювати платформенні препарати замість окремої терапії для кожної рідкісної мутації.
Дослідження поки залишається доклінічним: технологію випробувано на клітинах, органоїдах і тваринних моделях. Вченим належить переконатися, що модифікована tRNA не починає випадково пропускати нормальні стоп-кодони, якими мають закінчуватися звичайні білки. Також необхідно покращувати системи доставки і ретельно вивчати можливі імунні та запальні реакції.
Сучасна генетична медицина все частіше намагається виправити пошкоджену ДНК. Тут обрано інший шлях: ген залишається тим самим, а втручання відбувається на етапі читання його інструкції.
