Ett team av forskare vid IOCB Prag ledd av Prof. Michal Hocek har utvecklat en ny metod för att framställa ribonukleinsyra (RNA) innehållande modifierade baser. Innovativ användning av konstruerade DNA-polymeraser, enzymer som vanligtvis används för syntes av DNA, ledde till utvecklingen av en allmän metod för syntes av RNA som endast modifierats på utvalda platser eller till och med RNA som innehåller olika modifieringar av alla nukleotidbyggstenar.

Detta öppnar dörren för tillämpningar inom kemisk biologi och, i ett längre perspektiv, i terapi av hittills obotliga sjukdomar. Uppsatsen publicerades i tidskriften Nature Communications .

Forskarna använde två artificiellt modifierade DNA-polymeraser som är kända för att kunna syntetisera RNA. I naturen syntetiserar DNA-polymeraser endast DNA, medan RNA-polymeraser producerar RNA. Hoceks team har utvecklat en procedur för att framställa modifierat RNA med betydande fördelar jämfört med den allmänt tillgängliga metoden, in vitro-transkription med viralt T7 RNA-polymeras, som till exempel används vid framställning av välkända mRNA-vacciner.

Modifierade DNA-polymeraser kan inkorporera praktiskt taget vilken modifiering som helst i vilken RNA-sekvens som helst, även endast vid utvalda specifika ställen, exakt där den givna modifieringen krävs. Det vanligen använda T7-RNA-polymeraset kan endast inkorporera den modifierade basen i alla positioner i RNA:t men inte på en exakt utpekad plats. Därför, om RNA kräver platsspecifik modifiering, misslyckas den klassiska in vitro-transkriptionen och en annan metod behövs.

Och det är precis vad teamet på IOCB har utvecklat, en metod som i många avseenden är jämförbar med den vanliga in vitro-transkriptionen samtidigt som den eliminerar de flesta av dess fallgropar och erbjuder helt nya möjligheter. Nu kan olika specifika RNA-sonder förberedas för studier av RNA-biologi, vilket för närvarande är ett mycket hett ämne. På längre sikt är det dock mycket lovande för terapeutiska tillämpningar, särskilt för mRNA-terapi.

Forskarna valde två specifika positioner i mRNA för modifieringar och fann att de ledde till en betydande ökning av produktionen av vissa proteiner. Detta är utmärkta nyheter för utvecklingen av potentiella mRNA-läkemedel. Om mRNA modifierat på detta sätt kunde införas i celler skulle det vara möjligt att utlösa produktionen av ett protein som kroppen saknar eller som är defekt.

"Vår metod kan leda till utveckling av läkemedel för behandling av många sjukdomar, inklusive cancer och vissa genetiska sjukdomar orsakade av ett felaktigt eller saknat protein. Det möjliggör ersättning av ett saknat eller dåligt fungerande protein", säger Hocek. "RNA-terapi är en kraftfull teknologi, och den kan komma att dyka upp som en av huvudriktningarna för läkemedelsutveckling inom de kommande tio åren."

Utmaningen är hur man säkerställer att det finns precis rätt mängd protein – inte ont om och inte heller överdrivet – vid precis rätt tidpunkt. I de flesta fall, om det finns för mycket av vissa proteiner, är de skadliga för kroppen. Det är därför mRNA naturligt bryts ner snabbt i cellen och hela processen regleras mycket fint av kroppen.

Enligt Hocek kommer deras metod inte att ersätta den klassiska in vitro-transkriptionen. Men om det finns ett behov av att specifika modifieringar endast sker på utvalda RNA-ställen, kommer fördelen att ligga i den nya metoden från IOCB Prag.

Mer information: Mária Brunderová et al, Lämplig produktion av platsspecifikt nukleobasmärkt eller hypermodifierat RNA med konstruerade termofila DNA-polymeraser, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47444-9

Journalinformation: Nature Communications

Tillhandahålls av Institute of Organic Chemistry and Biochemistry i CAS