• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Polski wynalazek pozwoli opracować nowe metody leczenia raka

    24.03.2011. 00:11
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Nowatorskie szczepionki przeciwnowotworowe i inne rodzaje terapii genowej, w których zamiast DNA będzie wykorzystywane mRNA, czyli genetyczny przepis na białko, mogą wkrótce powstać dzięki wynalazkowi naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW). Polskim chemikom z FUW, we współpracy z badaczami z Louisiana State University, udało się tak zmodyfikować kwas rybonukleinowy mRNA - będący w komórkach matrycą do produkcji białek - że trzykrotnie wydłużyła się jego trwałość, a wydajność syntezy białek z jego udziałem wzrosła pięciokrotnie. Dzięki temu, możliwe stanie się wykorzystanie mRNA w przeciwnowotworowych szczepionkach lub terapiach genowych, które będą bezpieczniejsze i skuteczniejsze niż obecnie testowane - uważają autorzy badań.

    LICENCJA NA ZABIJANIE

    "Dajemy biologom uniwersalne narzędzie, które potencjalnie umożliwia opracowanie skutecznych szczepionek przeciwko każdej chorobie nowotworowej" - zapewnia biorący udział w badaniach dr Jacek Jemielity z Zakładu Biofizyki FUW.

    Licencja na produkcję zmodyfikowanego mRNA została już wykupiona przez niemiecką firmę BioNTech z Moguncji. Firma zapowiada, że jej oddział o nazwie Ribological jeszcze w 2011 r. rozpocznie pierwszą fazę badań klinicznych nad nową szczepionką przeciwnowotworową opartą o mRNA. Ma ona znaleźć zastosowanie w pierwszej kolejności w leczeniu złośliwego nowotworu skóry - czerniaka.

    Preparat będzie wstrzykiwany do węzłów chłonnych pacjentów, a obecne tam komórki odporności - tzw. dendrytyczne - wykorzystają zawarte w nim mRNA (które zawiera przepis na białko charakterystyczne dla komórek nowotworu), by szkolić limfocyty T w zabijaniu komórek czerniaka.

    Zgodnie z podpisaną umową, badacze z FUW wyprodukują zmodyfikowane zakończenia mRNA w ilościach gwarantujących przeprowadzenie badań klinicznych.

    MAŁA ZMIANA - DŁUŻSZE ŻYCIE

    Naukowcy od lat próbują zastosować terapię genową w leczeniu wielu chorób, także nowotworowych. Obecnie polega ona na dokonywaniu zmian na poziomie DNA komórek nowotworu, a dokładnie na wprowadzaniu do komórek różnych genów terapeutycznych, których mutacje odpowiadają za wzrost guza. Są to m.in. geny kodujące białka odpowiedzialne za hamowanie powielania się komórek, za ich samobójczą śmierć (apoptozę) lub pobudzające niszczenie komórek nowotworowych przez układ odporności.

    Modyfikacje genetyczne wykorzystuje się też przy opracowywaniu szczepionek przeciwnowotworowych. Polegają one na wprowadzaniu do komórek odporności genów, dzięki którym układ immunologiczny nauczy się lepiej rozpoznawać i niszczyć nowotwór.

    Manipulowanie DNA jest jednak dość ryzykowne i grozi różnymi powikłaniami u pacjentów - podkreśla prof. dr hab. Edward Darżynkiewicz z Zakładu Biofizyki FUW.

    Jego zespół od lat pracuje nad bezpieczniejszym sposobem, jakim jest wykorzystanie w terapii informacyjnego RNA (mRNA). Jak tłumaczą badacze, większość zadań w komórce, niezbędnych do jej poprawnego funkcjonowania, wykonują białka. Informacja o budowie każdego z nich jest zapisana w DNA obecnym w jądrze komórkowym. Aby na jej podstawie mogło być wyprodukowane konkretne białko, musi ona zostać przepisana na matrycę w postaci mRNA. Proces ten nosi nazwę transkrypcji (natomiast proces syntezy białek na matrycy mRNA to translacja).  

    Obecnie trwają prace nad terapiami, w których zamiast genu terapeutycznego kodującego dane białko, naukowcy mogliby wprowadzać do komórek nowotworu lub komórek odporności mRNA mogące bezpośrednio posłużyć do produkcji tego białka.

    Problem w tym, że czas życia łańcuchów mRNA jest krótki - zazwyczaj są to godziny, nierzadko minuty. Zanim wstrzyknięte do organizmu terapeutyczne mRNA dotarłoby do komórek i wyprodukowało zbawienne dla pacjenta białko, zostałoby rozłożone przez enzymy obecne w jego organizmie - tłumaczy prof. Darżynkiewicz.

    Na jednym z końców łańcucha mRNA znajduje się struktura, tzw. czapeczka lub kap, która zapewnia mu czasową ochronę przed działaniem destrukcyjnych enzymów. Jest ona też rozpoznawana przez białko eIF4e, inicjujące produkcję białek w komórce.

    Czapeczkę tworzy specyficzny związek chemiczny, który jest dołączony do reszty łańcucha za pomocą mostka trifosforanowego. Dzięki opracowanym przez siebie metodom chemicznym, naukowcy z Zakładu Biofizyki FUW stworzyli i zbadali wiele sztucznych wersji kapu. Kilka grup tych struktur zgłoszono do opatentowania.

    Szczególnie ważne okazały się kapy, w których atom tlenu w mostku trifosforanowym podmieniono na atom siarki. "Przeciętna cząsteczka mRNA składa się z 80 tysięcy atomów, my zmieniliśmy tylko jeden. Ta drobna modyfikacja miała fascynujące konsekwencje" - mówi biorąca udział w badaniach dr Joanna Kowalska z Zakładu Biofizyki FUW.

    Badania przeprowadzone przez prof. Roberta E. Rhoadsa z Louisiana State University dowiodły, że dzięki niej udało się trzykrotnie wydłużyć czas życia mRNA w komórce, przez co ilość białka wytwarzanego z jego udziałem wzrosła aż pięć razy.

    Z kolei testy na myszach, wykonane przez badaczy z firmy BioNTech i z Uniwersytetu Medycznego w Moguncji, wykazały, że układ odpornościowy myszy reagował na to białko nie aż trzykrotnie silniej niż na białko powstałe po wstrzyknięciu niezmodyfikowanego mRNA.

    Jak ocenia prof. Ugur Sahin, dyrektor generalny BioNTech i wykładowca na Uniwersytecie Medycznym w Moguncji, "postęp osiągnięty dzięki użyciu sztucznych kapów opracowanych na Uniwersytecie Warszawskim może okazać się kluczem do skutecznej immunoterapii opartej o RNA".

    Szczepionki i terapie bazujące na mRNA będą miały wiele zalet. Najważniejszą jest to, że nie będą ingerować w genom, co likwiduje ryzyko mutacji i zwiększy bezpieczeństwo ich stosowania. Poza tym, po wywołaniu efektu terapeutycznego łańcuchy mRNA będą rozkładane.

    "Nasze metody modyfikowania i wytwarzania kapów świetnie działają w probówkach, co jest istotne dla każdego, kto myśli o przemysłowej produkcji leków" - podkreśla dr Jemielity.

    PAP - Nauka w Polsce, Joanna Morga

    agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Niekodujące RNATermin ten w szerokim znaczeniu odnosi się do wszystkich transkryptów lub ich elementów, które nie mają potencjału kodowania białek (brak otwartych ramek odczytu). Tym samym, obejmować może on wszystkie transkrypty z wyjątkiem matrycowych RNA (mRNA), jak również sekwencje intronów, usuwane w procesie dojrzewania pre-mRNA, czy też regiony nieulegające translacji przy końcach 5’ i 3’ mRNA. Ze względu na funkcje pełnione w komórce, niekodujące RNA podzielić można dalej na konstytutywne i regulatorowe.

    Splicing alternatywny – w procesie splicingu łączenie ze sobą różnych egzonów z pre-mRNA na różne sposoby, niekoniecznie po kolei (według genu), czasem z pominięciem niektórych egzonów lub z zachowaniem niektórych intronów. W ten sposób z jednego genu może powstać więcej niż jedna cząsteczka mRNA, co jest źródłem zmienności białek. Jeśli warianty splicingowe mRNA dotyczą sekwencji kodującej, powstałe na matrycy takich mRNA białka różnią się sekwencją aminokwasową, co może powodować np. zróżnicowanie ich funkcji lub lokalizacji w komórce. Splicing alternatywny obszarów niekodujących może wpływać na obecność elementów regulatorowych w mRNA, np. sekwencji wzmacniających translację (enhancerów) czy sekwencji wpływających na stabilność mRNA, a zatem wpływać na ilość produkowanego przez komórkę białka.

    Splicing alternatywny – w procesie splicingu łączenie ze sobą różnych egzonów z pre-mRNA na różne sposoby, niekoniecznie po kolei (według genu), czasem z pominięciem niektórych egzonów lub z zachowaniem niektórych intronów. W ten sposób z jednego genu może powstać więcej niż jedna cząsteczka mRNA, co jest źródłem zmienności białek. Jeśli warianty splicingowe mRNA dotyczą sekwencji kodującej, powstałe na matrycy takich mRNA białka różnią się sekwencją aminokwasową, co może powodować np. zróżnicowanie ich funkcji lub lokalizacji w komórce. Splicing alternatywny obszarów niekodujących może wpływać na obecność elementów regulatorowych w mRNA, np. sekwencji wzmacniających translację (enhancerów) czy sekwencji wpływających na stabilność mRNA, a zatem wpływać na ilość produkowanego przez komórkę białka.

    Wyciszenie genów w skrócie PTGS. Zwane jest również interferencją RNA.Ważną rolę odgrywa w nim dwuniciowy RNA (dsRNA), który pocięty jest na krótkie odcinki, zwane siRNA (small interfering RNA).Odcinki te mają długość 20 – 25 nukleotydów oraz te są komplementarne do określonych fragmentów mRNA. Dwuniciowy fragment RNA musi być dłuższy niż 200 nukleotydów. Następnie fragmenty RNA – siRNA, które w komórce zostały pocięte przez enzym Dicer łączą się w kompleksy z komponentami białkowymi i tworzą kompleks wyciszający RISC. Kolejnym etapem jest połączenie nici siRNA z fragmentem mRNA, dzieje się to dzięki reakcjom między między nukleotydami siRNA a mRNA. Dochodzi do degradacji mRNA i jego rozpadu, a tym samym wyciszenia genu. Zjawisko interferencji zostało odkryte niedawno, jednak jest powszechnie wykorzystywane.

    Kontrola translacji białek – jeden z mechanizmów regulacji ekspresji genów, który odbywa się na poziomie syntezy białek po zakończeniu transkrypcji i obróbki post-transkrypcyjnej matrycowego RNA, przed obróbką post-translacyjną białek. Poziom białka w komórce zwykle nie koreluje z ilością odpowiadającego mu matrycowego transkryptu, co zwykle objawia się zwiększeniem (kontrola pozytywna) lub zmniejszeniem (kontrola negatywna) liczby kopii białka przypadających na jedną kopię mRNA. Przyczyną obserwowanego efektu zmiany wydajności syntezy białek jest wymieniona powyżej kontrola translacji, która obok innych mechanizmów regulacji ekspresji genów takich jak:
    a) metylacja wysp CpG promotorów genów,
    b) kondensacja chromatyny (zależna od acetylacji, metylacji, fosforylacji, rybozylacji i ubikwitynacji histonów),
    c) kontrola transkrypcji,
    d) kontrola dojrzewania RNA (składania transkryptu pierwotnego),
    e) modyfikacje post-transkrypcyjne sekwencji mRNA,
    f) kontrola transportu RNA z jądra do cytoplazmy,
    g) kontrola stabilności i aktywności białka (modyfikacje post-translacyjne tj. glikozylacja, fosforylacja, ubikwitynacja), decyduje o końcowej ilości białka w komórce.

    Translacja (łac. translatio - tłumaczenie) – w biologii molekularnej, proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA. W jego wyniku dochodzi do ostatecznego przetłumaczenia informacji genetycznej zawartej pierwotnie w kodzie genetycznym DNA na konkretną strukturę białka, zależną od uszeregowania aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.

    Translacja (łac. translatio - tłumaczenie) – w biologii molekularnej, proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA. W jego wyniku dochodzi do ostatecznego przetłumaczenia informacji genetycznej zawartej pierwotnie w kodzie genetycznym DNA na konkretną strukturę białka, zależną od uszeregowania aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.

    Dodano: 24.03.2011. 00:11  


    Najnowsze