Jak ilość rodzajów RNA wpływa na różne sposoby ich wykorzystywania?
Podsumowanie:
- RNA to zróżnicowana grupa cząsteczek, które są wszechobecne w przyrodzie. Mogą one pełnić różne funkcje biologiczne i być wykorzystywane do różnych celów terapeutycznych.
- Funkcja RNA zależy od jego sekwencji.
- Szczepionki CRISPR sgRNA i mRNA mają odmienne rodzaje sekwencji i działają w różny sposób.
- CRISPR sgRNA wiąże się z docelową sekwencją genomu i białkiem Cas9, aby umożliwić Cas9 przecięcie DNA.
- Szczepionki mRNA wytwarzają antygeny poprzez zaangażowanie mechanizmów produkcji białek.
W XXI wieku medycyna gwałtownie rozszerzyła swój repertuar terapeutyczny poza białka (np. przeciwciała monoklonalne, cytokiny, interferony) czy małe cząsteczki (cząsteczka) (takie jak aspiryna, leki przeciwhistaminowe, insulina), aplikując RNA do wielu zastosowań [1]. RNA to naturalnie występujące cząsteczki (cząsteczka), które pełnią istotne funkcje we wszystkich organizmach, a naukowcy wykorzystują je w różnych obszarach badawczych i terapeutycznych. Dwie technologie zostały już wcześniej opisane przez nasz zespół – szczepionki oparte na mRNA oraz system CRISPR-Cas9 (artykuł 1, artykuł 2). Rozwój nie zatrzymał się na tych dwóch technologiach [1]. W rzeczywistości istnieje wiele innych zastosowań RNA w leczeniu i zapobieganiu chorób. Nasz zespół przedstawił pewne istotne informacje na temat omawianych biofarmaceutyków, ale – podobnie jak w przypadku całej dziedziny biologii molekularnej – temat ten może wzbudzać pewne wątpliwości. Ostatnio nasz zespół otrzymał pytania dotyczące możliwości zmiany ludzkiego genomu przez RNA w szczepionkach mRNA, tak jak czyni to RNA w metodzie CRISPR/Cas9. Celem tego artykułu jest krótkie opisanie różnorodności w świecie RNA i wyjaśnienie zgłaszanych wątpliwości.
Wiele osób słyszało o DNA i ma ogólne pojęcie o jego funkcji. DNA i RNA to podobne cząsteczki (cząsteczka), które są zdolne do przechowywania i propagacji informacji. Jednak RNA to jeszcze bardziej zróżnicowany zestaw cząsteczek (cząsteczka) z szerokim wachlarzem funkcji [2]. Najbardziej znaną grupą RNA jest matrycowy RNA – mRNA (zredagowana kopia fragmentu DNA), który dostarcza informacji o przyszłym białku do komórkowej maszynerii produkcyjnej, rybosomów. Co ciekawe, w skład rybosomów wchodzą również inne RNA – rRNA lub rybosomalne RNA, które posiadają aktywność enzymatyczną (aktywność enzymatyczna) [3]. Takie RNA nazywane są rybozymami (kwas rybonukleinowy + enzymy) i biorą udział w produkcji białek, biosyntezie (biosynteza) i przetwarzaniu RNA oraz replikacji wirusów [4]. Inną grupą RNA są te, które regulują produkcję biopolimerów lub walkę z genomami wirusowymi [5]. Grupy te są bardzo zróżnicowane i mogą być dalej podzielone na wiele podgrup.
Dla wielu może być zaskakujące, że RNA pełni w biologii bardzo różnorodne role. Aby to zrozumieć, posłużmy się analogią językową. W naszych językach istnieje ograniczona liczba liter (elementów składowych), ale są one zdolne do tworzenia znacznie szerszego zestawu słów. Nawet ten sam zestaw liter może tworzyć wiele różnych słów/zdań i znaczeń, jak w anagramach (np. „markotny” i „romantyk” lub „niedziela” i „dzielenia”). To samo można zastosować do RNA. Jednakże, kolejność elementów składowych (sekwencja) nie jest jedynym ważnym czynnikiem – jest nim również struktura 3D. Co ważne, struktura 3D jest również wynikiem instrukcji zawartych w sekwencji; bloki budulcowe DNA i RNA nazywane są nukleotydami (nukleotyd), które można modyfikować w procesie produkcji, a następnie składać w struktury 3D.
Ten dość długi wstęp powinien nam pomóc przeanalizować problem z pierwszego akapitu. Szczepionki mRNA wykorzystują cząsteczki (cząsteczka) mRNA do dostarczenia instrukcji budowy antygenu. Instrukcja ta jest następnie wykorzystywana przez nasze komórki do jego produkcji, który z kolei odpowiednio powiadamia nasz układ odpornościowy i szkoli go w walce przeciwko patogenowi (np. SARS-CoV-2) [6]. mRNA musi zawierać elementy, które to umożliwiają, w tym sekwencję antygenu Spike, która jest odczytywana przez maszynerię do produkcji białka. Inne elementy, które wchodzą w skład mRNA, są niezbędne do wiązania z tą maszynerią i dla stabilności samego mRNA. mRNA ze szczepionek nie posiada innych elementów, które umożliwiałyby zmianę genomu, nie jest też z nim w bliskim kontakcie. Z kolei sgRNA, stosowany w systemie CRISPR/Cas9, zawiera sekwencję kierującą białko Cas9 do docelowej sekwencji genomu, która ma być poddana edycji. Co ważne, to białko Cas9 dokonuje edycji, a nie sgRNA [7]. Więcej informacji na temat systemu CRISPR/Cas9 można znaleźć w naszych poprzednich artykułach (artykuł 1, artykuł 2).
Z tego krótkiego artykułu można wywnioskować, że RNA może być bardzo różnorodne. Z ograniczonej ilości dostępnych bloków budulcowych natura lub naukowcy tworzą mnóstwo różnych cząsteczek (cząsteczka) o zróżnicowanych funkcjach. Chociaż niektóre działania mogą się pokrywać, istnieje wyraźna różnica między mRNA, jak w szczepionkach mRNA, a RNA pochodzącym z technologii CRISPR. Zastosowań RNA w medycynie jest tak wiele, jak wiele jest rodzajów RNA. Wiedza na temat biologii RNA nie wybuchła z dnia na dzień w 2020 r. wraz z wynalezieniem szczepionek mRNA przeciwko SARS-CoV-2, ale była gromadzona przez prawie sto lat [8]. Może to doprowadzić do rozwoju terapii opartych na RNA w medycynie. Dlatego ważne jest, aby potencjalni pacjenci – my – rozumieli pojęcia związane z biologią i technologiami RNA.
Bibliografia:
- Damase TR, Sukhovershin R, Boada C, Taraballi F, Pettigrew RI, Cooke JP. The Limitless Future of RNA Therapeutics. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:628137.
- Cech TR, Steitz JA. The noncoding RNA revolution-trashing old rules to forge new ones. Cell. 2014;157(1):77-94.
- Petrov AS, Gulen B, Norris AM, Kovacs NA, Bernier CR, Lanier KA, et al. History of the ribosome and the origin of translation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015;112(50):15396-401.
- Doherty EA, Doudna JA. Ribozyme structures and mechanisms. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 2001;30:457-75.
- Kaikkonen MU, Lam MTY, Glass CK. Non-coding RNAs as regulators of gene expression and epigenetics. Cardiovasc Res. 2011;90(3):430-40.
- Vogel AB, Kanevsky I, Che Y, Swanson KA, Muik A, Vormehr M, et al. BNT162b vaccines protect rhesus macaques from SARS-CoV-2. Nature. 2021;592(7853):283-9.
- Adli M. The CRISPR tool kit for genome editing and beyond. Nat Commun. 2018;9(1):1911.
- Caspersson T, Schultz J (1939). „Pentose nucleotides in the cytoplasm of growing tissues”. Nature. 143 (3623): 602–03.