Naukowcy opracowali metodę podwójnego znakowania mRNA

Zespół naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego pod kierunkiem prof. Jacka Jemielitego i dr hab. Joanny Kowalskiej opracował nową metodę znakowania mRNA. Dzięki niej będzie można skuteczniej monitorować cząsteczki mRNA nie tylko w żywych komórkach, ale w całym organizmie, a to może przyśpieszyć prace nad rozwojem nowoczesnych terapii opartych na mRNA.

mRNA (z ang. messenger RNA) w organizmach żywych pełni funkcję „przepisu” na produkcję różnego rodzaju białek, która odbywa się w żywych komórkach. Cząsteczki mRNA to kopie niewielkich wycinków kodu genetycznego zapisanego w DNA – cząsteczkach będących nośnikiem informacji genetycznej, które rezydują w jądrach komórkowych. Produkcja białka w żywej komórce zawsze rozpoczyna się od wykonania kopii fragmentu DNA, czyli wyprodukowania cząsteczki mRNA, która opuszcza jądro komórkowe i trafia do cytoplazmy komórki. Tam jest wychwytywana przez enzymy, które transportują mRNA do rybosomów, gdzie na podstawie odczytu mRNA formowane są cząsteczki określonego rodzaju białka. Cząsteczki mRNA zbudowane są z nukleotydów i przypominają nić, której oba końce mają zawsze ściśle określoną, charakterystyczną budowę. Jeden z końców cząsteczek mRNA nazywany jest cap 3′ (końcem 3′), a drugi koniec – cap 5′ (końcem 5′).

Cząsteczki mRNA mają jeszcze inną wspólną cechę – są bardzo nietrwałe i w środowisku komórkowym szybko ulegają naturalnym procesom degradacji. Dlatego w rozwoju różnego rodzaju nowoczesnych terapii bazujących na wykorzystaniu syntetycznego mRNA świat nauki stał przed dwoma kluczowymi wyzwaniami. Z jednej strony należało ustabilizować mRNA (zwiększyć jego odporność na działanie komórkowych enzymów degradujących), a z drugiej strony zwiększyć jego produktywność, czyli spowodować, by syntetyczne mRNA statystycznie częściej trafiało do rybosomów odpowiedzialnych za produkcję białek. Oba te zadania udało się zrealizować m.in. naukowcom z Wydziału Fizyki UW już w 2007 roku – również pod kierunkiem prof. Jacka Jemielitego i dr Joanny Kowalskiej.

Jednym ze skutków pandemii SARS-CoV-2 jest dynamiczny rozwój szczepionek opartych na mRNA. Trzeba jednak podkreślić, że idea wykorzystania mRNA w medycynie stanowi fundament licznych innowacyjnych terapii, które są obecnie projektowane i testowane, w tym terapii celowanych w zakresie zwalczania nowotworów, leczenia genetycznych chorób rzadkich oraz w medycynie regeneracyjnej. Przed naukowcami działającymi na tym polu pojawiło się kolejne wyzwanie związane z potrzebą badania losów cząsteczek mRNA podanych do organizmu. Zespół prof. Jacka Jemielitego i dr hab. Joanny Kowalskiej, stosując metody chemiczne i enzymatyczne, dodał do końca 3’ mRNA znaczniki fluorescencyjne, które pozwalają monitorować mRNA w żywych komórkach. Wynaleziona metoda jest kompatybilna z dotychczas stosowanymi metodami znakowania drugiego końca mRNA (końca 5’). Odkrycie pozwala więc znakować cząsteczki mRNA na obu ich końcach, przy czym każdy z końców może „świecić” odmiennym kolorem. Co istotne, zastosowane znaczniki mogą między sobą wymieniać energię, jeśli znajdą się odpowiednio blisko siebie.

„Podwójne znakowanie mRNA umożliwia zlokalizowanie tej cząsteczki w żywych organizmach. Nasze badania prowadzone były na organizmie kijanki Danio pręgowanego. W ich trakcie wykazaliśmy, że można prowadzić monitoring, czy i kiedy mRNA ulega degradacji, a także sprawdzać, jak efektywnie powstaje z niego białko. Podwójne wyznakowanie fluorescencyjne utrzymuje w pełni funkcjonalność mRNA, zarówno w liniach komórkowych, jak i żywym organizmie. W naszych badaniach wyznakowane mRNA odpowiadało za produkcję białka GFP. Jest to białko fluorescencyjne, które dawało światło w innym kolorze niż oba znaczniki zastosowane w mRNA. To pozwoliło nam jednocześnie obserwować losy wyznakowanego mRNA i powstającego białka. Co ważne, opracowana przez nas technologia pozwala tworzyć sondy molekularne, które umożliwiają monitorowanie enzymów odpowiedzialnych za metabolizm mRNA w komórkach żywych” – mówi prof. Jacek Jemielity z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego.

Wyniki badań naukowców zostały opisane w czasopiśmie Nucleic Acids Research. Przeprowadzone badania były współfinansowane w ramach Programu TEAM, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R.

Źródło: Nucleic Acids Research 2021 „Ethylenediamine derivatives efficiently react with oxidized RNA 3’ ends providing access to mono and dually labelled RNA probes for enzymatic assays and in vivo translation”.

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab867/6378437?searchresult=1