Badania w kierunku zrozumienia losu egzogennie dostarczonego mRNA w komórce

Egzogennie dostarczany informacyjny RNA (mRNA – ang. messenger RNA) jest obiecującym środkiem terapeutycznym o potencjalnych zastosowaniach w immunoterapiach nowotworów, terapiach genowych i re-programowaniu komórek. Jednak zanim cząsteczkę mRNA można uznać za potencjalny terapeutyk musi zostać pokonanych szereg ograniczeń wynikających z samej natury mRNA. Prace ostatnich lat pozwoliły poprawić stabilność komórkową oraz ulepszyć właściwości translacyjne in vitro transkrybowanego mRNA (IVT mRNA). Jednak cały czas nie do końca wyjaśniona pozostaje kwestia jak IVT mRNA może wpływać na komórkową odpowiedź immunologiczną. Zgodnie z doniesieniami literaturowymi literatury wiadomo, że egzogenne RNA (np. RNA wirusów) jest rozpoznawane jako obca cząsteczka przez obronny system komórki i prowadzi do wywołania odpowiedzi immunologicznej. Kluczem do rozpoznaniae cząsteczki RNA jako obcej jest status metylacji jej 5’ końca. Do 5’ końca eukariotycznych cząsteczek mRNA przyłączana jest ko-transkrypcyjnie przez 5’-5’ mostek trifosforanowy N7-metylowana guanozyna, powstaje wtedy tak zwany kap-0. U wyższych eukariontów, po eksporcie mRNA do cytoplazmy, 5’ koniec mRNA poddawany jest metylacji, grupa metylowa dodawana jest do rybozy pierwszego transkrybowanego nukleotydu w pozycji 2’-O, powstaje wtedy kap-1. Obecność kapu-1 pozwala komórce odróżnić obce RNA od własnego. Dodatkowo 5’ koniec mRNA może ulec jeszcze jednej metylacji, grupa metylowa dodawana jest do rybozy drugiego transkrybowanego nukleotydu w pozycji 2’-O, powstaje wtedy kap-2, jednak rola tej modyfikacji nie jest do końca wyjaśniona.

Dotychczasowe badania nad odpowiedzią immunologiczną komórek na egzogennie dostarczone RNA wskazywały, że właściwości immunogenne IVT mRNA mogą mieć duże znaczenie w jego zastosowaniu jako terapeutyk. Uważa się, że w niektórych zastosowaniach (na przykład w immunoterapii raka lub w zapobieganiu alergii) stymulacja wrodzonego układu odpornościowego przez IVT mRNA może być korzystna dla pacjenta do kierowania odpowiedzi immunologicznej przeciwko kodowanemu przez IVT mRNA białku. Z drugiej strony silna odpowiedź immunologiczna może prowadzić do zmniejszenia globalnego poziomu białek w komórkach, a nawet wywołać ich apoptozę. Dopiero od niedawna jest możliwe otrzymanie IVT mRNA z nieimmunogennymi strukturami kapu (kap-1 i kap-2). Metody syntezy analogów kap-1 i kap-2 zostały opracowane w Laboratorium Chemii Bioorganicznej (CeNT UW) jak również przez innych (TriLink BioTechnologies). W związku z powyższym zaproponowaliśmy serię doświadczeń, które pozwolą zrozumieć, jak dokładnie IVT mRNA jest rozpoznawane jako obca cząsteczka przez układ odpornościowy komórki. Ponadto planujemy zbadać relacje między stanem metylacji końca 5’ mRNA i czynnikami odpowiedzialnymi za wykrywanie i degradację egzogennie dostarczonego RNA. Oczekujemy również, że realizacja przedstawionego projektu pozwoli w przyszłości na bardziej świadome podejście do projektowania mRNA do zastosowań terapeutycznych.