Polscy badacze opracowują nową modyfikację mRNA

Grupa kierowana przez profesora Jacka Jemielitego z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego (CeNT) i dr Joannę Kowalską z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z zespołem z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego i spin Offowa firma z UW, ExploRNA Therapeutics, opracowała zupełnie nową modyfikację mRNA, która – zdaniem jej twórców – „może być przełomem dla współczesnej medycyny”.

Odkrycie umożliwi dalszy rozwój nowoczesnych terapii celowanych opartych na technologii mRNA, w tym leczenie rzadkich chorób i projektowanie szczepionek przeciwnowotworowych.

Wyniki badań zostały opublikowane, a niedawno znalazły się na okładce magazynu Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego To jest.

„Dzięki tej technologii świat medycyny może myśleć o znacznie szerszych zastosowaniach mRNA” – mówi profesor Jemielity. «Nie mówimy już tylko o produkcji szczepionek przeciwko Covid-19, które wydają się być najprostszym zastosowaniem technologii mRNA. Taką skutecznie ulegającą translacji cząsteczkę mRNA można wykorzystać do projektowania nowych terapii przeciwnowotworowych oraz do leczenia kilku chorób genetycznych i rzadkich”.

Naukowcy poszukiwali modyfikacji cząsteczki mRNA, która pozwoliłaby im uzyskać jak najwięcej białka terapeutycznego przy najniższej możliwej dawce mRNA. Zaproponowali modyfikację końca 5′ mRNA, który jest skrajnym fragmentem łańcucha RNA. Zmiana ta dotyczy pozycji, która często sama ulega naturalnym modyfikacjom i polega na metylacji adenozyny w pozycji N6.

Autorzy wyjaśniają, że jest to modyfikacja potranskrypcyjna, ponieważ zachodzi w komórkach po biosyntezie mRNA. Jest to proces odwracalny, a komórki organizmu posiadają enzym, który może go usunąć (FTO). Funkcja tej naturalnej modyfikacji nie została jeszcze wyjaśniona, ale badania wskazują, że jej obecność wiąże się z większą produktywnością mRNA.

Naukowcy zastąpili teraz grupę metylową znacznie większą grupą benzylową. Okazuje się, że doskonale naśladuje on naturalną modyfikację pod względem właściwości mRNA, ale nie jest usuwany przez enzym FTO. Dzięki temu syntetyczne mRNA ma znacznie wyższą produktywność, której enzym FTO nie jest w stanie odwrócić.

W praktyce białko powstałe na bazie tego zmodyfikowanego mRNA produkowane jest w znacznie większych ilościach.

Badacze nazwali swoją modyfikację AvantCap (pełna nazwa to m6Am-cap –m7GpppBn6AmpG).

„Wprowadzona przez nas zmiana polega na wiązaniu benzylu w określonym punkcie na jednym z końców mRNA, zwanym czapeczką. Benzyl jest przyłączony w określonym miejscu, w którym naturalne enzymy modyfikują mRNA poprzez dodanie do niego grupy metylowej po syntezie mRNA. Te naturalne modyfikacje mRNA są odwracalne i można je usunąć. Zainspirowani biologią postanowiliśmy trwale zmodyfikować mRNA w tej pozycji i zbadać, jak wpłynie to na właściwości mRNA” – mówi dr Marcin Warmiński, współautor publikacji w Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.

Badania wykazały, że w niektórych systemach cząsteczka mRNA z modyfikacją AvantCap jest nawet sześciokrotnie bardziej produktywna niż bez niej. Oznacza to, że np. w przypadku szczepionek mRNA przeciwko Covid-19 nowa technologia mogłaby pozwolić na produkcję sześciokrotnie większej ilości białka terapeutycznego niż obecnie. Dzięki temu przy znacznie mniejszej dawce preparatu można było uzyskać silniejszy efekt terapeutyczny na organizm.

Autorzy rozwiązania dodają, że w określonych warunkach różnica ta może być jeszcze większa – nawet 100-krotna. Jednak mechanizm, dzięki któremu dzięki wprowadzonej modyfikacji można osiągnąć tak wydajną produkcję białka, nie jest jeszcze w pełni wyjaśniony.

„To bardzo ciekawe zjawisko, choć nie do końca wyjaśnione” – mówi dr Joanna Kowalska. „Wiemy, że pewne naturalne modyfikacje zachodzące po transkrypcji mRNA w komórkach nadają cząsteczkom wyższy priorytet translacji. Takie cząsteczki są dekodowane wydajniej w pewnych warunkach, co prowadzi do zwiększonej produkcji niektórych typów białek. Nasza modyfikacja wydaje się przynosić taki rezultat – cząsteczki zyskują pierwszeństwo w kolejce produkcji białka.

„Być może mRNA uodpornia się na działanie jakiegoś enzymu, który tłumi jego niezwykłą aktywność biologiczną, ale aby to zweryfikować, potrzebne są dalsze badania. Najważniejsze, że dzięki modyfikacji mamy cząsteczkę mRNA o bardzo ciekawych właściwościach terapeutycznych – dodaje.

Dla społeczności farmaceutycznej ważne jest, aby obserwowane właściwości mRNA modyfikowanego AvantCap były silniejsze po podaniu żywym organizmom (myszom) niż liniom komórkowym hodowanym in vitro. Naukowcy udowodnili także, że mRNA kodujący białko charakterystyczne dla nowotworu (tzw. antygen) podawane myszom chorym na ten nowotwór powoduje znaczne zahamowanie rozwoju nowotworu. Potwierdzenie tego w organizmie człowieka będzie jednak wymagało niezwykle kosztownych i długotrwałych badań klinicznych.

Opisane odkrycie jest efektem kilkuletniej współpracy akademickiej pomiędzy Uniwersytetem Warszawskim, Warszawskim Uniwersytetem Medycznym a ExploRNA – spółką uniwersytecką założoną przez profesora Jemielitego i jego współpracowników.

Mówi, że tak ważne odkrycie nie byłoby możliwe bez tej współpracy i wzajemnego uzupełniania się umiejętności. „Bez wątpienia był to najbardziej skomplikowany i kosztowny projekt w mojej karierze naukowej” – mówi. «Osobiście ważne jest dla mnie udowodnienie, że badania naukowe nie muszą być kompromisem pomiędzy użytecznością a jakością naukową. Wręcz przeciwnie, istnieje doskonała synergia pomiędzy współpracą akademicką a celami firmy biotechnologicznej.

„Z jednej strony dzięki współpracy nauki i biznesu możemy wyjść poza ograniczenia, jakie napotykamy w zespole akademickim, tworząc jeszcze lepszą naukę. Z drugiej strony, rozwijając wysoko rozwinięte technologie, wywodzące się bezpośrednio z badań naukowych, firma zyskuje znaczącą przewagę nad konkurencją, a wyniki niemal na pewno znajdą praktyczne zastosowania i posłużą społeczeństwu. Co prawda przed nami jeszcze długa droga, wymagająca m.in. dojrzałego systemu finansowania tego typu działań, ale wierzę, że to się uda” – mówi profesor Jemielity.

Odkrycie zostało już objęte ochroną patentową i licencją Uniwersytetu Warszawskiego na firmę ExploRNA, która jest odpowiedzialna za rozwój technologii i jej praktyczne wdrożenie. (PAPKA)

Katarzyna Czechowicz

kap/ agt/ kap/

tr. RL