Wetenschap
Een nieuwe methode voor enzymatische synthese van potentiële RNA-therapieën
Een team van onderzoekers van IOCB Praag onder leiding van prof. Michal Hocek heeft een nieuwe methode ontwikkeld voor de bereiding van ribonucleïnezuur (RNA) dat gemodificeerde basen bevat. Innovatief gebruik van gemanipuleerde DNA-polymerasen, enzymen die gewoonlijk worden gebruikt voor de synthese van DNA, leidde tot de ontwikkeling van een algemene methode voor de synthese van RNA dat alleen op geselecteerde plaatsen is gemodificeerd of zelfs van RNA dat verschillende modificaties op alle nucleotide-bouwstenen bevat.
Dit opent de deur naar toepassingen in de chemische biologie en, in een langer perspectief, in de therapie van tot nu toe ongeneeslijke ziekten. Het artikel werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .
De onderzoekers gebruikten twee kunstmatig gemodificeerde DNA-polymerasen waarvan bekend is dat ze in staat zijn RNA te synthetiseren. In de natuur synthetiseren DNA-polymerasen alleen DNA, terwijl RNA-polymerasen RNA produceren. Het team van Hocek heeft een procedure ontwikkeld voor het bereiden van gemodificeerd RNA met aanzienlijke voordelen ten opzichte van de algemeen beschikbare methode, in vitro transcriptie met viraal T7 RNA-polymerase, dat bijvoorbeeld wordt gebruikt bij de productie van bekende mRNA-vaccins.
Gemodificeerde DNA-polymerasen kunnen vrijwel elke modificatie in elke RNA-sequentie inbouwen, zelfs alleen op geselecteerde specifieke plaatsen, precies daar waar de gegeven modificatie vereist is. Het algemeen gebruikte T7-RNA-polymerase kan de gemodificeerde base alleen op alle posities in het RNA incorporeren, maar niet op één nauwkeurig aangewezen locatie. Als het RNA plaatsspecifieke modificatie vereist, mislukt de klassieke in vitro transcriptie en is een andere methode nodig.
En dat is precies wat het team van IOCB heeft ontwikkeld, een methode die in veel opzichten vergelijkbaar is met de veelgebruikte in vitro transcriptie, terwijl de meeste valkuilen worden geëlimineerd en compleet nieuwe mogelijkheden worden geboden. Nu kunnen verschillende specifieke RNA-sondes worden voorbereid voor de studie van RNA-biologie, wat momenteel een zeer actueel onderwerp is. Op de langere termijn zijn er echter grote beloftes voor therapeutische toepassingen, vooral voor mRNA-therapieën.
De onderzoekers kozen twee specifieke posities in mRNA voor modificaties en ontdekten dat deze leidden tot een significante toename van de productie van bepaalde eiwitten. Dit is uitstekend nieuws voor de ontwikkeling van potentiële mRNA-medicijnen. Als op deze manier gemodificeerd mRNA in cellen zou kunnen worden geïntroduceerd, zou het mogelijk zijn de productie van een eiwit op gang te brengen dat het lichaam mist of dat defect is.
"Onze methode kan leiden tot de ontwikkeling van therapieën voor de behandeling van vele ziekten, waaronder kanker en sommige genetische ziekten veroorzaakt door een slecht functionerend of ontbrekend eiwit. Het maakt de vervanging van een ontbrekend of slecht functionerend eiwit mogelijk", zegt Hocek. "RNA-therapie is een krachtige technologie en zou binnen de komende tien jaar een van de belangrijkste richtingen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen kunnen worden."
De uitdaging is hoe we ervoor kunnen zorgen dat er precies de juiste hoeveelheid eiwit is – niet schaars en ook niet buitensporig – op het juiste moment. Als er van bepaalde eiwitten teveel is, zijn ze in de meeste gevallen schadelijk voor het lichaam. Daarom wordt mRNA op natuurlijke wijze snel afgebroken in de cel en wordt het hele proces zeer fijn gereguleerd door het lichaam.
Volgens Hocek zal hun methode de klassieke in vitro transcriptie niet vervangen. Als er echter behoefte is aan specifieke modificaties die alleen op geselecteerde RNA-locaties moeten plaatsvinden, dan ligt het voordeel bij de nieuwe methode van IOCB Praag.