RNA שליח (mRNA) עשה את הקפיצה הגדולה שלו לאור הזרקורים הציבורי במהלך המגיפה, הודות לתפקיד אבן הפינה שלו במספר חיסונים ל-COVID-19. אבל mRNA, שהם רצפים גנטיים המורים לגוף לייצר חלבונים, מפותחים גם הם כסוג חדש של תרופות. אולם כדי ל-mRNA יהיו שימושים טיפוליים רחבים, המולקולות יצטרכו להחזיק מעמד זמן רב יותר בגוף מאלה המרכיבות את חיסוני ה-COVID.
חוקרים ממכון Broad של MIT והרווארד ו-MIT הנדסו מבנה mRNA חדש על ידי הוספת "זנבות" מרובים למולקולות שהגבירו את רמות פעילות ה-mRNA בתאים פי 5 עד 20. הצוות גם הראה ש-mRNA מרובי זנבות שלהם נמשך פי 2 עד 3 יותר בבעלי חיים בהשוואה ל-mRNA ללא שינוי, וכאשר שולבו במערכת עריכת גנים של CRISPR, הביא לעריכת גנים יעילה יותר בעכברים.
ה-mRNA החדשים, שדווחו ב טבע ביוטכנולוגיהעשוי לשמש לטיפול במחלות הדורשות טיפולים ארוכי טווח העורכים גנים או מחליפים חלבונים פגומים.
השימוש ב-mRNA בחיסוני COVID הוא פנטסטי, מה שגרם לנו לחקור כיצד נוכל להרחיב את היישומים הטיפוליים האפשריים ל-mRNA. הראינו שמבנים לא טבעיים יכולים לתפקד הרבה יותר טוב מאשר מבנים טבעיים. המחקר הזה נתן לנו הרבה ביטחון ביכולת שלנו לשנות מולקולות mRNA כימית וטופולוגית".
שיאו וואנג, מחבר בכיר של המאמר החדש, חבר מכון ליבה ב-Broad ועוזר פרופסור לכימיה ב-MIT
"אני הכי נרגש מהעובדה שהצורה החדשה הזו של mRNA נסבלת כל כך היטב על ידי מכונות תרגום סלולריות", אמר הונגיו צ'ן, המחבר הראשון של המאמר וסטודנט לתואר שני מ-MIT כימיה במעבדה של וואנג. "זה פותח הזדמנויות חדשות רבות לשינוי סינטטי של mRNA כדי להרחיב את השימושים הטיפוליים שלו."
כוח עמידה
ה-mRNA בחיסוני ה-COVID של ימינו כל כך יעיל כי יש צורך במעט מאוד – ברגע שהוא מוזרק לגוף, הוא ממריץ את הייצור של חלבונים הדומים לחלקים של נגיף ה-COVID. "מערכת החיסון חזקה מאוד, ולכן היא מסוגלת ליצור נוגדנים רבים בתגובה לביטוי חולף של חלבון זר", אמר צ'ן.
אבל כדי שאותו סוג של mRNA ייצור מספיק חלבונים לטיפול במחלות המשבשות את הייצור התקין של חלבונים חיוניים, יהיה צורך במינון גדול בהרבה, מה שעלול לגרום לתופעות לוואי רעילות.
המעבדה של וואנג מתמחה בהבנת אופן פעולתו של RNA מרגע הסינתזה שלו וכל הדרך ועד לפירוקו והסילוק הסופי שלו בתאים. וואנג, צ'ן והצוות שלהם רצו לקחת על עצמם את האתגר המורכב של תכנון מבנה mRNA שיכול להיות יציב, פעיל ולייצר השפעות טיפוליות מתמשכות במינונים נמוכים.
"אני מוצא את ה-mRNA מרתק מאוד מכיוון שכמולקולת מידע, הפונקציה שלה מקודדת על ידי הרצף שלה, בעוד שהיציבות שלה מוכתבת על ידי התכונות הכימיות של עמוד השדרה שלה", אמר צ'ן. "תכונה זו מעניקה לכימאים את הרבגוניות להנדס באופן נרחב את מבנה ה-mRNA מבלי לדאוג לשנות את המידע שהוא נושא".
בהתבסס על מחקרים קודמים, Wang וצ'ן ידעו שחלק אחד במבנה ה-mRNA, ענף הנקרא זנב פולי(A), ממלא תפקיד חשוב בהגנה על ה-mRNA מפני השפלה בתוך תאים. בשנת 2022, הם הראו ששינוי כימי של זנב הפולי(A) מאט את ההתפרקות הטבעית של mRNA, מה שהופך אותו לשימושי יותר עבור מגוון רחב יותר של טיפולים. הם קראו לאותן מולקולות "מצומדי mRNA-oligo" או mocRNAs.
כדי להתבסס על עבודה זו, Wang וצ'ן שיערו שהנדסת צורה מורכבת עוד יותר של mRNA, המכילה מספר זנבות שונה של poly(A), תגביר את ההשפעות הטיפוליות של mRNA אפילו יותר. במאמץ האחרון שלהם, הצוות עשה את ה-mRNA מרובי הזנבות שלהם, בדק אותם בתאים אנושיים, ומצא שהם מקיימים תרגום mRNA הרבה יותר זמן מ-mRNA טבעי וגם מ-mocRNA, ויצרו עד פי 20 יותר חלבונים לכל מנה לאורך זמן.
בניסויים בעכברים, החוקרים גילו שרק מנה אחת של mRNA מרובה זנבות הובילה לייצור חלבון שנמשך עד 14 ימים – כמעט כפול משך החיים שהוכיחו טכנולוגיות mRNA קודמות.
הם גם השתמשו ב-mRNA מרובה הזנבות שלהם כדי לקודד את החלבון Cas9 החותך DNA כחלק ממערכת העריכה הגנטית CRISPR-Cas9 ובדקו זאת בעכברים כדי לערוך גנים הקשורים לכולסטרול גבוה, Pcsk9 ו-Angptl3. הם גילו שרק מנה בודדת של Cas9 mRNA מרובה זנבות יכולה לגרום לרמות גבוהות יותר של עריכת גנים, וכתוצאה מכך ירידה בכולסטרול במחזור הדם, בהשוואה לבעלי חיים שטופלו ב-Cas9 mRNA ביקורת.
וואנג וצ'ן מתמקדים כעת בהפיכת סינתזה וטיהור ה-mRNA מרובה הזנבות שלהם לניתנים להרחבה יותר. הם גם בוחנים מקרוב כיצד שינויים ב-mRNA משפיעים על יחסי הגומלין בין היציבות הטיפולית והפעילות שלו.
"אנחנו רוצים לראות איפה עוד נוכל להנדס את המבנה של mRNA כדי להגביר את היעילות", אמר צ'ן, והוסיף שהם מעוניינים גם בשינויים שישפרו את הקצב שבו תאים יכולים לסרוק ולתרגם את הוראות ה-mRNA.
