Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Tack vare nya RNA-vacciner har vi människor kunnat skydda oss otroligt snabbt från nya virus som SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19. Dessa vacciner infogar ett stycke kortvarigt genetiskt material i kroppens celler, som sedan läser dess kod och tar fram ett specifikt protein – i det här fallet avslöjade "spikar" som fastnar på utsidan av coronaviruset – som förbereder immunsystemet för att bekämpa framtida inkräktare .
Tekniken är effektiv och lovar alla typer av terapier, säger Eerik Kaseniit, Ph.D. student i bioteknik vid Stanford. För tillfället kan dessa typer av RNA-terapier dock inte fokusera på specifika celler. När de väl har injicerats i kroppen, gör de urskillningslöst det kodade proteinet i varje cell de går in i. Om du vill använda dem för att behandla endast en typ av celler – som de inuti en cancertumör – behöver du något mer exakt.
Kaseniit och hans rådgivare, biträdande professor i kemiteknik Xiaojing Gao, kan ha hittat ett sätt att göra detta möjligt. De har skapat ett nytt verktyg som kallas en RNA "sensor" - en sträng av labbtillverkat RNA som avslöjar dess innehåll endast när det kommer in i särskilda vävnader i kroppen. Metoden är så exakt att den kan komma in på både celltyper och celltillstånd, aktiveras endast när dess målcell skapar ett visst RNA, säger Gao. Paret publicerade sina resultat 5 oktober i tidskriften Nature Biotechnology .
"För första gången kan du direkt få bara de intressanta cellerna att producera ett protein under mycket specifika omständigheter," tillägger Gao. "Den sortens noggrannhet var helt enkelt inte möjlig tidigare." Proteinet som produceras kan vara ett antigen - en främmande substans som framkallar ett immunsvar - som i fallet med vacciner, ett enzym som återställer funktionen till en trasig cell, ett fluorescerande protein som kan användas för att spåra specifika celler i en forskningsstudie, eller ett protein som utlöser celldöd för att ta bort patogena eller på annat sätt oönskade celler, bland andra möjligheter.
Utnyttja immunförsvaret
Parets nya system, kallat RADAR, består i huvudsak av två sektioner:en "sensor"-region som låser sig på specifika RNA i kroppen, och en "nyttolast"-region som en cell kommer att läsa och omvandla till ett protein. De två sektionerna är åtskilda av ett stoppkodon, en RNA-sekvensdel som gör en del av RADAR:s genetiska kod otillgänglig.
Om RADARs sensorregion lyckas låsa fast vid sitt mål, kommer stoppkodonet att försvinna, vilket gör den återstående regionen - dess "nyttolast" - plötsligt läsbar. I teorin kan denna nyttolast innehålla instruktioner för att göra vilket protein som helst, i vilken typ av cell som helst, när som helst.
Processen sker tack vare en befintlig uppsättning enzymer som kallas ADAR (Adenosine Deaminases Acting on RNA) – en biprodukt av en pågående viral kapprustning som har rasat inom människokroppen i årtusenden, säger Gao.
Vissa virus, som SARS-CoV-2, influensa och norovirus, är bara ett proteinskal med RNA inbäddat inuti. I processen för replikering skapar dessa virus mycket långa sträckor av dubbelsträngat RNA. Eftersom virusen kan ha förödande effekter på kroppen har vårt immunsystem gradvis lärt sig att se dessa dubbelsträngade RNA som ett hot och kommer snabbt att stänga av dem.
"Det är en sorts farosignal - om en cell ser dubbelsträngat RNA blir den omedelbart förbannad över det", säger Kaseniit.
I en märklig evolutionsteori gör våra egna kroppar också dubbelsträngat RNA. Eftersom virus har attackerat oss under årtusenden, grävt sig in i våra celler och lekt med vårt genetiska maskineri, har några av deras gener absorberats och införlivats i vårt DNA. (Det är ingen slump:det har hänt så många gånger tidigare att det mänskliga genomet idag består av nästan 8 % virus.)
För att lösa detta problem utvecklades ADAR som ett slags "test"-system - ett sätt för kroppen att se om en bit dubbelsträngat RNA är vän eller fiende. Om den hittar en skapad av vårt eget genom, redigerar ADAR det något för att få det att se mindre hotfullt ut, vilket gör att hål eller luckor öppnas mellan de två trådarna, som att ta bort några stygn i mitten av en tygsöm. Immunsystemet, som har större fiskar att fritera, ignorerar omedelbart detta trasiga RNA och fortsätter att bekämpa den verkliga fienden.
RADAR drar fördel av den mekanismen. När dess "sensor"-modul låser sig på en specifik målmolekyl (en annan del av RNA), ser ADAR det resulterande dubbelsträngade paret som en vänlig, ofarlig variant och redigerar den troget så att immunsystemet ignorerar det. I processen raderar den det lilla molekylära "stopp"-tecknet som forskarna byggde in i mitten av RNA-strängen. När den har tagits bort är nyttolastdelen av RADAR synlig för cellen och koden den innehåller förvandlas till ett protein.
Potential för nya programmerbara terapier
Just nu testar Kaseniit, Gao och deras medarbetare fortfarande RADAR i en mängd olika inställningar, men resultaten ser lovande ut. Med medförfattarna docent i kemiteknik Elizabeth Sattely och postdoktorerna Diego Wengier och Will Cody har de till och med provat det i växter, som inte har ADAR-system av naturliga skäl – men efter att ha lagt till ADAR-enzymer i mixen kunde de få samma resultat. I framtiden, säger de, kan flexibiliteten och precisionen hos RADAR erbjuda ett värdefullt verktyg inom både forskning och medicin, vilket ger forskare ett sätt att komma in på specifika celler i labbet eller leverera terapier i kroppen.
"Det är hoppet och drömmen om RNA som plattform, för du kan bara koda vilket protein du vill på en bit RNA och celler kommer att göra det. Nu med dessa kontrollelement kan vi specificera vilken målcell det ska aktiveras i. Det är väldigt kraftfullt, säger Kaseniit. + Utforska vidare
