Нонсенс-мутации – это однобуквенные ошибки в генетическом коде, которые преждевременно останавливают выработку критических белков. Эти незавершенные белки не могут нормально функционировать, и бессмысленные мутации вызывают 10-15 процентов всех наследственных генетических заболеваний, включая мышечную дистрофию Дюшенна, мышечную атрофию позвоночника, муковисцидоз и поликистоз почек. В настоящее время не существует лечения или широко эффективного лечения этих часто разрушительных состояний, которые индивидуально редки, но, по оценкам, в общей сложности затрагивают до 30 миллионов человек во всем мире.

Фото: CC0 Public Domain

Новое исследование, проведенное Кристофером Ахерном (Ph.D.) в Медицинском колледже Университета Айовы Карвер, раскрывает новый подход и надежную технологическую платформу для подавления бессмысленных мутаций с использованием сконструированных молекул РНК (тРНК). Исследование Ахерна, его коллег по интерфейсу и сотрудников Института Вистара в Филадельфии, терапевтической лаборатории Фонда кистозного фиброза в Лексингтоне, штат Массачусетс, и компании Integrated DNA Technologies Inc. в Коралвилле, штат Айова, показывает, что модифицированные тРНК могут эффективно и точно восстанавливать нонсенс мутации с любой аминокислотой. Результаты были опубликованы 18 февраля в Nature Communications .

«Поскольку бессмысленные мутации вызывают широкий спектр тяжелых, угрожающих жизни заболеваний, существует значительная неудовлетворенная медицинская потребность в эффективном восстановлении этих стоп-кодонов у людей с такими наследственными генетическими изменениями», – говорит Ахерн, профессор молекулярной физиологии и биофизики в Университете Института неврологии Айовы. «Наш уникальный подход к генной терапии использует встроенную точность процесса трансляции, но реинжинирирует тРНК для превращения вызывающих болезнь стоп-сигналов обратно в правильную аминокислоту. По сути, наша технология анти-кодонной тРНК превращает «стопы» в «гос» и, надеюсь, однажды может быть использована для исправления дефектных генетических последовательностей у людей ».

Процесс превращения генетического кода в белок называется трансляцией. Трансферные РНК (тРНК) совпадают с кодом проекта РНК-мессенджера и доставляют правильную аминокислоту в правильном порядке для построения белка. Кодовые последовательности РНК-мессенджера, которые определяют порядок аминокислот, называются кодонами. Соответствующие последовательности на тРНК называются антикодонами.

В конце каждой последовательности, кодирующей белок, имеется генетический сигнал остановки – стоп-кодон, который сообщает механизму производства белка об остановке. Нонсенс-мутации возникают, когда ошибка в генетической последовательности превращает аминокислотный кодон в середине белка в стоп-кодон.

Ahern и его команда UI, в том числе ведущий автор исследования Джон Луек, доктор философии, который в настоящее время работает в Рочестерском университете, систематически проверяли сконструированные молекулы тРНК на их способность восстанавливать преждевременные стоп-кодоны с помощью каждой из 20 природных аминокислот. Скрининг с высокой пропускной способностью эффективно идентифицировал несколько мощных сконструированных тРНК для каждой аминокислоты и типа стоп-кодонов.

Чтобы продемонстрировать, что этот подход может работать в более сложных и физиологически релевантных системах, члены лаборатории Ahern вместе с сотрудниками лаборатории терапии кистозного фиброза (CFFT) и лаборатории доктора философии Дэвида Вейнера в Институте Вистар показали, что сконструированные тРНК, когда они кодируются и формулируются для эффективной доставки, экспрессируются на высоких уровнях и эффективны для исправления бессмысленных мутаций в мышечной ткани живой мыши. Интересно, что активность тРНК сохранялась неделями в доставленных формах, что позволяет предположить, что этот подход к устойчивой генной терапии может потенциально использоваться в клинике в один прекрасный день.

Важно отметить, что команда в лаборатории CFFT под руководством Уильяма Скача, MD, показала, что тРНК были селективными по своей активности и не влияли на нормальные стоп-кодоны, которые сигнализируют об истинном конце последовательности белка.

И в UI, Ahern с докторантами Люком и Дэнни Инфилдом, доктором философии, и профессором UI профессора педиатрии и кистозного фиброза Пола Маккрея, доктора медицины, показали, что этот подход может исправить вызывающую МВ бессмысленную мутацию и точно произвести функционал Белок CFTR.

«Что мне нравится в этом исследовании, так это то, что ряд различных лабораторий с разным опытом подтвердили нашу разработанную технологию тРНК в различных контекстах», – говорит Ахерн. «Это говорит о том, что подход является надежным».

Хотя он взволнован тем, что тРНК, разработанная с использованием антикодонов, способна бороться с болезнями, вызванными бессмысленными мутациями, Ахерн отмечает, что есть много научных вопросов, которые необходимо решить, и технические препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы выяснить, можно ли перевести этот подход в человеческую терапию.

«Для многих заболеваний, вызванных бессмысленными мутациями, даже коррекции небольшого процента мутированного белка может быть достаточно для лечения пациента», – говорит Ахерн. «Если бы это работало как человеческая терапия, у нас был бы способ нацелиться на каждую известную болезнь стоп-кодона».

 

По материалам phys.org