​Российские молекулярные биологи выяснили, что замена в искусственных молекулах РНК базовых нуклеотидов на их аналоги снижает нежелательный иммунный ответ живых клеток. Результаты работы помогут разработать новые типы искусственных РНК для лечения онкологических и других заболеваний. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в журнале Genes. 

Каждая живая клетка содержит много разных видов РНК (рибонуклеиновой кислоты), причем большая часть этих молекул – некодирующие, то есть на их основе не синтезируется белок. Малые ядерные и ядрышковые РНК (мяРНК и мякРНК) – две разновидности коротких некодирующих ДНК, характерные для всех организмов, клетки которых имеют ядра. Обе эти РНК напрямую связаны с процессом создания белка в клетке. Первая из них участвует в подготовке матричной РНК, на которую «переписывается» информация о белках с ДНК. Вторая – мякРНК – важна для формирования компонентов рибосомы – молекулярной машины по производству белков.

Функции таких некодирующих РНК могут быть полезны в создании медицинских препаратов для лечения рака. С их помощью можно менять экспрессию – выработку белков – генов, увеличивая или уменьшая количество соответствующей им матричной РНК. Сегодня искусственные аналоги некодирующей РНК создаются в лабораториях, а на основе некоторых уже созданы лекарственные препараты. Но изучение полезных для терапии функций большинства видов искусственных некодирующих РНК пока затруднено. Одна из главных проблем – при попадании в живую клетку синтетические молекулы РНК активируют неспецифический иммунный ответ, который может привести к развитию воспаления в организме. Это приводит к изменению работы многих генов, так что эффект от введенной некодирующей РНК теряется на фоне иммунного ответа.

Российские молекулярные биологи предположили, что иммунный ответ будет слабее, если модифицировать искусственные РНК так, как это происходит в природе. Как и другие разновидности некодирующих кислот, малые ядерные и ядрышковые РНК в процессе созревания проходят через разные виды модификации, в том числе через изменение отдельных нуклеотидов – «букв» генетического кода. На места базовых нуклеотидов становятся их изомеры – вещества с такой же химической формулой, но другим пространственным строением. Например, вместо урацила в цепи РНК появляется псевдоуридин (его обозначают греческой буквой «пси» – Ψ). Другой вариант модификации – присоединение метильной группы (-CH3) к цитозину. Вместо цитозина в таком случае появляется 5-метилцитидин (m5C).

Чтобы выяснить, как включение в синтетическую РНК модифицированных нуклеотидов изменит реакцию клеток на эту молекулу, исследователи синтезировали две малые ядрышковые РНК и одну ядерную, аналогичные человеческим. Каждую РНК создали в нескольких вариантах: с базовыми и модифицированными нуклеотидами. Полученные РНК ввели в клетки аденокарциномы молочной железы человека. Эффект действия синтетических РНК оценили методом RNA-Seq, при котором экспрессия гена оценивается по количеству соответствующей ему матричной РНК.

Оказалось, что малые ядрышковые и ядерные РНК без модификаций меняют работу большего числа генов в клетке. Так, первая из проверенных мякРНК в немодифицированном виде увеличивала экспрессию 188 генов, с m5C вместо цитозина – 150 генов, а при введении псевдоуридина – 128 генов. Снизилось не только число затронутых генов, но и уровень их экспрессии. Большинство из них оказалось связано с иммунным ответом.

Убедившись, что модификации снижают силу иммунного ответа, исследователи проверили, как такие РНК влияют на жизнеспособность клеток. В то время как немодифицированные искусственные мяРНК и мякРНК во много раз снижали выживаемость (в одном случае до 22%), модифицированные РНК оказались значительно менее токсичны. Даже замена 20 – 30% базовых нуклеотидов на m5C и псевдоуридин в РНК приводила к тому, что жизнеспособность клеток значительно возрастала. А при стопроцентной модификации синтетические РНК практически теряли свое цитотоксическое действие.

«Полученные нами результаты будут полезны для понимания того влияния, которое оказывают нуклеотидные модификации на функции некодирующих РНК в природе, – говорит Марина Зенкова, заведующая лабораторией биохимии нуклеиновых кислот Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. – Но, кроме того, они могут быть использованы для синтеза терапевтических искусственных РНК. Малые ядерные и ядрышковые РНК пригодны для "тонкой настройки" матричной и рибосомной РНК, и потому они – перспективная модель для создания новых терапевтических средств».

Похожие новости

  • 16/01/2019

    Новосибирские ученые выявили механизмы сохранения структуры ДНК при оксидативном стрессе

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН выявили новые механизмы, благодаря которым ДНК сохраняет свою структуру при оксидативном стрессе. Эти знания представляют огромный фундаментальный интерес, а кроме того, могут быть использованы для создания лекарств против рака и других болезней.
    508
  • 05/01/2019

    Новосибирские ученые приблизились к пониманию механизмов рассеянного склероза

    ​​Рассеянный склероз — тяжелое аутоиммунное заболевание, причины развития которого до настоящего времени недостаточно изучены. Новые данные новосибирских биохимиков могут оказаться полезными для выявления факторов и механизмов, приводящих к возникновению патологии.
    712
  • 21/01/2019

    «Сотканные» в НМИЦ им. академика Е.Н. Мешалкина тканеинженерные протезы меняют идеологию операций

    В школьные годы я зачитывалась книгой кардиохирурга Николая Амосова “Мысли и сердце”. Воображение легко рисовало бригаду врачей над неподвижным телом пациента со вскрытой грудной клеткой. Но в ближайшем будущем операции по имплантации, например, аортального клапана, пораженного стенозом, будут выглядеть совсем по-другому.
    511
  • 16/05/2016

    Новая тест-система поможет обнаружить рак легкого еще до появления опухоли

    ​Капля никотина, увы, по-прежнему убивает. Причем в массовом порядке - ежегодно в мире регистрируется более 1,4 миллиона случаев рака легких. К сожалению, для миллиона больных диагноз оказывается смертельным.
    1960
  • 18/12/2018

    Сибирские биохимики нашли связь дефектов стволовых клеток с аутоиммунными заболеваниями

    ​Рассеянный склероз, волчанка и другие аутоиммунные болезни могут возникать из-за серьезных нарушений в работе стволовых клеток костного мозга, заставляющих их собирать особые агрессивные антитела. Об этом рассказали биохимики, выступавшие на конгрессе "Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания" в Москве.
    742
  • 30/03/2017

    Новосибирские учёные предлагают бороться с колорадским жуком при помощи грибов и бактерий

    ​Учёные Института систематики и экологии животных СО РАН придумали, как бороться с колорадским жуком с помощью специальных паразитических грибов, бактерий и их метаболитов. Это поможет создать безопасный для природы и человека метод контроля численности вредителя.
    1280
  • 22/01/2018

    Ученые ИЦиГ СО РАН рассказали о депрессивном геноме

    Аcademcity.org уже рассказывал, что ученые Института цитологии и генетики СО РАН и Института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН провели комплексное исследование влияния хронического социального стресса на организм.
    714
  • 19/04/2017

    Ученые установили, что управляет термогенезом

    ​Ранее считалось, что в термогенезе - процессе выработки тепла - ключевую роль играют макрофаги, один из видов белых клеток крови. Однако ученые из Школы медицины Икан на горе Синай (Icahn School of Medicine at Mount Sinai) в США во главе с профессором медицины Кристофом Бюттнером (Christoph Buettner) доказали, что за термогенез отвечает мозг.
    1113
  • 21/03/2016

    Ученые определят рак груди по анализу крови

    ​Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН занимаются исследованием маркеров, характерных для опухолевых клеток рака молочной железы (РМЖ), в составе циркулирующих в крови экзосом.
    1634
  • 19/11/2018

    Биолог из Новосибирска разработал мобильное приложение для сельского хозяйства

    Труд агрономов и селекционеров иногда содержит очень утомительные операции. Например, периодически им требуется подсчитывать количество зерен в колосьях пшеницы. Не делать этого вручную позволяет мобильное приложение SeedCounter, которое вместе с коллегами создал биолог Михаил Генаев из Новосибирска.
    215