Hihetetlen, mit hoztak létre az RNS-ből

RNS-lánc illusztrációja

Az RNS-ekről a legtöbben azt tudják, hogy a genetikai kód fehérjékké fordításában játszanak szerepet, pedig sokoldalúságuk révén nemcsak vakcinákat, hanem egyéb diagnosztikus és terápiás eszközöket is készíthetünk belőlük.

A kétféle nukleinsav egyike, az RNS még mindig főleg úgy szerepel a tankönyvekben, mint ami a génekben kódolt információ fehérje-nyelvre való fordításában segédkezik. Ez kétségtelenül az RNS egyik legfontosabb funkciója, de távolról sem az egyetlen. Szerkezeti komplexitásának és viszonylagos stabilitásának köszönhetően az RNS jelentős érdeklődést vonzó értékes bioalapanyag, amelyből újfajta terápiás szerek, szintetikus biomarkerek és – amint azt a COVID-19 pandémia kapcsán mindannyian megtudhattuk – hatékony vakcinák állíthatók elő.

Azzal, hogy egy szintetikus RNS-molekulát beléjük juttatunk, a sejteket lényegében arra utasítjuk, hogy az RNS által kódolt fehérjét kifejezzék. Ez a fehérje aztán gyógyító, diagnosztikus és sokféle egyéb szerepet betölthet. A nagy kihívást az jelenti, hogy a kívánt fehérje csak a sejtek egy jól körülírható csoportjában fejeződjék ki, például azokban, amelyek egy betegség okozói vagy érintettjei.

Ha erre képesek vagyunk, azzal jelentősen hatékonyabbá tehetjük a fehérje termelését, miközben elkerüljük az esetleges nemkívánatos mellékhatásokat.

RNS-lánc illusztrációja Forrás: Science Photo Library via AFP/CHRISTOPH BURGSTEDT/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Christoph Burgstedt/Science Phot

Most a Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering és a Massachusetts Institute of Technology (Boston, Egyesült Államok) kutatói egy olyan, eToeholds-nak nevezett RNS-alapú technológiát fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi, hogy a bejuttatott fehérjekódoló szekvencia csak a sejtek azon kiválasztott csoportjában termelődjék, ahol egy bizonyos sejttípus-specifikus vagy vírusra jellemző másik RNS is jelen van. A technológia neve magyarra nehezen fordítható egy szóval: az „e" az eukarióta sejtekre utal – mint a mieink –, a „toehold" pedig egy talpalatnyi kapaszkodót jelent, ahonnan a lábunkat megvetve továbbrugaszkodhatunk. A James J. Collins vezette, szintetikus biológusokból és sejtmérnökökből álló kutatócsoport a Nature Biotechnology folyóiratban közölte az eredményeket, amelyek számos lehetőséget nyitnak meg a célzottabb RNS-alapú terápiák és az in vitro sejt- és szövetmérnökség terén, valamint az emberi és állati szervezeteket érő különböző biológiai veszélyek érzékelésében és jelzésében.

Még 2014-ben Collins csoportja a Wyss-en dolgozó Peng Yinnel és munkatársaival összefogva kifejlesztettek egy toehold-jellegű kapcsolót baktériumokban, amelyet a sejtek inaktív állapotban fejeztek ki, s amely egy meghatározott RNS megjelenésekor aktiválódott és bekapcsolta egy kívánt bakteriális fehérje termelését. A bakteriális toehold kialakítása azonban nem felel meg a jóval komplexebb, bonyolultabb felépítéssel és fehérjegyártó apparátussal rendelkező eukarióta sejtek viszonyainak.

„A jelen munkánk során az IRES (internal ribosome entry site, belső riboszóma-belépési pont) nevű RNS-motívumból indultunk ki. Ez egy vírusokban közönségesen előforduló szabályozó elem, amely az eukarióta fehérjegyártó apparátus befolyásolására szolgál – magyarázta Collins. – Az IRES-ből egészen az alapoktól indulva olyan sokoldalú eszközt fejlesztettünk ki, amelyet úgy programozhatunk, hogy képes legyen sejttípus- vagy kórokozó-specifikus aktiváló RNS-ek jelenlétét érzékelni emberi, élesztő- és növényi sejtekben.

Az eToeholds technológia révén célzottabb és biztonságosabb RNS-alapú terápiás és diagnosztikus eljárásokat hozhatunk létre nemcsak emberekben, de növényekben és más magasabb rendű szervezetekben is.

Mindemellett eszközként használhatjuk az alapkutatásban és a szintetikus biológiában."

Illusztráció Forrás: Science Photo Library via AFP/KEITH CHAMBERS/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Keith Chambers/Science Photo Lib

Az IRES szabályozóelem egy olyan motívum a vírusok RNS-ében, amely a gazdasejt fehérjegyártó riboszómáit odatoborozza egy vírusfehérjét kódoló RNS-szekvenciához. Az IRES-hez való hozzákötődést követően a riboszóma végigsiklik a fehérjekódoló RNS-szálon és létrehozza az ott kódolt fehérjét.

„A génszerkesztés módszereivel úgy módosítottuk az IRES-t, hogy komplementer szekvenciákat adtunk hozzá, amelyek bázispárosodás útján hozzákötnek, ezzel gátolva a riboszóma kapcsolódását – ismertette a cikk egyik vezető szerzője, Evan Zhao, aki Collins csoportjának posztdoktor munkatársa. – Az eToeholds-ba beiktatott hajtű-hurok szekvenciaelemet úgy terveztük, hogy átfedjen azokkal a specifikus szenzorszekvenciákkal, amelyek a kiválasztott aktiváló RNS-ekkel tudnak kapcsolódni. Amikor az aktiváló RNS megjelenik és hozzáköt az eToeholds-ban található, vele komplementer szenzorszekvenciához, a hajtű-hurok felnyílik, és szabaddá teszi a riboszóma kapcsolódási helyét, s így az megkezdheti a fehérje felépítését."

A tervezés és ellenőrzés körfolyamatának gyors ismétlésével rövid idő alatt megtervezték és optimalizálták azt az eToeholds szekvenciát, amely egyaránt működőképes emberi és élesztősejtekben, valamint sejtmentes fehérjeszintetizáló rendszerben. A megfelelő aktiváló RNS hatására akár 16-szoros fokozódást tudtak kimutatni az eToeholds által kódolt fluoreszcens riporterfehérje mennyiségében. „Olyan eToeholds-ot is létrehoztunk, amely fajlagosan kimutatja a Zika-vírussal való fertőződést, vagy éppen a SARS-CoV-2 vírus-RNS jelenlétét az emberi sejtekben. Előállítottunk továbbá olyanokat, amelyek sejttípus-specifikus, például kizárólag a bőr pigmentsejtjeiben, a melanocitákban kifejeződő RNS-ek hatására aktiválódnak – fejtette ki Angela Mao, a Wyss technológiafejlesztő kutatója és a cikk másik vezető szerzője. – Fontos hozzátenni, hogy az eToeholds-ot, illetve a hozzá kapcsolódó, kívánt fehérjét kifejező szekvenciát stabilabb formában, DNS alakjában is bejuttathatjuk a sejtekbe, ahol aztán RNS-re átíródva irányítják a fehérje kifejeződését. Ez bővíti annak lehetőségeit, ahogy az eToeholds-ot a sejtekbe bejuttathatjuk."

A szerzők abban bíznak, hogy az eToeholds segít majd az RNS-alapú terápiákat és egyes génterápiákat a kiszemelt sejttípusokba fajlagosan célba juttatni, ami fontos, hiszen ezen kezelések alkalmazását gyakran pont a célszöveten kívüli káros mellékhatásaik korlátozzák.

Hasznos lehet továbbá a technológia az őssejtek irányított differenciációjában, melynek során differenciálatlan őssejtekből terápiás és egyéb alkalmazásokra meghatározott sejttípusokat hoznak létre.

Az őssejtek és köztes elődsejtek irányított differenciációja sokszor kevéssé hatékony, és az eToeholds segíthet a kívánt sejttípus feldúsításában.