Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с ModRNA )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нуклеозид с модифицированной РНК ( modRNA ) является синтетическим РНК (мРНК) , в котором некоторые нуклеозиды заменены на другие , естественно , модифицированных нуклеозидов или синтетическими аналогами нуклеозидов . [1] modRNA используется для индукции продукции желаемого белка в определенных клетках. Важным применением является разработка мРНК-вакцин , из которых первыми разрешенными были вакцины против COVID-19 (такие как BNT162b2 и мРНК-1273 ).

Фон [ править ]

Рибосомы (изображено зеленый цвет) создают белка (изображенные здесь в виде строки из шариков , представляющих аминокислоту ) , закодированных в мРНКе (изображенные в виде ленты из нуклеотидов ) , которые могут быть модифицированы , чтобы уменьшить воспаление в клетке.

мРНК получают путем синтеза цепи рибонуклеиновой кислоты (РНК) из строительных блоков нуклеотидов в соответствии с шаблоном дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), процесс, который называется транскрипцией . [2] Когда строительные блоки, входящие в состав РНК-полимеразы, включают нестандартные нуклеозиды, такие как псевдоуридин , вместо стандартных нуклеозидов аденозина , цитидина , гуанозина и уридина , полученная мРНК описывается как модифицированная нуклеозидами. [3]

Производство белка начинается со сборки рибосом на мРНК, последняя затем служит в качестве схемы для синтеза белков путем определения их аминокислотной последовательности на основе генетического кода в процессе биосинтеза белка, называемого трансляцией . [4]

Обзор [ править ]

Чтобы заставить клетки производить белки, которые они в норме не производят, можно ввести гетерологичную мРНК в цитоплазму клетки, минуя необходимость транскрипции. Другими словами, план чужеродных белков «проникает» в клетки. Однако для достижения этой цели необходимо обойти клеточные системы, которые предотвращают проникновение и трансляцию чужеродной мРНК. Почти повсеместно встречаются ферменты, называемые рибонуклеазами (также называемые РНКазами), которые расщепляют незащищенную мРНК. [5] Существуют также внутриклеточные барьеры против чужеродной мРНК, такие как рецепторы врожденной иммунной системы, toll-подобные рецепторы (TLR) 7 и TLR8., расположенные в эндосомальных мембранах. РНК-сенсоры, такие как TLR7 и TLR8, могут резко снижать синтез белка в клетке, запускать высвобождение цитокинов, таких как интерферон и TNF-альфа , а при достаточно высокой интенсивности приводить к запрограммированной гибели клеток . [6]

Воспалительная природа экзогенной РНК может быть замаскирована путем модификации нуклеозидов в мРНК. [7] Например, уридин можно заменить аналогичным нуклеозидом, таким как псевдоуридин (Ψ) или N1-метил-псевдоуридин (m1Ψ), [8], а цитозин можно заменить 5-метилцитозином . [9] Некоторые из них, такие как псевдоуридин и 5-метилцитозин, встречаются в природе у эукариот . [10] Включение этих модифицированных нуклеозидов изменяет вторичную структуру мРНК, что может снизить распознавание врожденной иммунной системой, при этом обеспечивая эффективную трансляцию. [9]

Значение непереведенных регионов [ править ]

Нормальная мРНК начинается и заканчивается участками, которые не кодируют аминокислоты реального белка. Эти последовательности на 5'- и 3'-концах цепи мРНК называются нетранслируемыми областями (UTR). Два UTR на концах их цепей важны для стабильности мРНК, а также модРНК, а также для эффективности трансляции, то есть для количества продуцируемого белка. Выбирая подходящие UTR во время синтеза модРНК, можно оптимизировать продукцию целевого белка в клетках-мишенях. [5] [11]

Доставка [ править ]

Сравнение поглощения РНК и модРНК клеткой

Различные трудности связаны с введением модРНК в определенные клетки-мишени. Во-первых, модРНК необходимо защитить от рибонуклеаз . [5] Этого можно достичь, например, обернув его липосомами . Такая «упаковка» также может помочь гарантировать абсорбцию модРНК клетками-мишенями. Это полезно, например, при использовании в вакцинах , так как наночастицы поглощаются дендритных клеток и макрофагов , оба из которых играют важную роль в активации иммунной системы. [12]

Кроме того, может быть желательно, чтобы применяемая модРНК вводилась в определенные клетки организма. Это имеет место, например, если необходимо стимулировать размножение клеток сердечной мышцы . В этом случае упакованная модРНК может быть введена непосредственно в артерию, такую ​​как коронарная артерия . [13]

Приложения [ править ]

Важной областью применения являются вакцины с мРНК , из которых первыми, разрешенными для использования на людях, были вакцины против COVID-19 для борьбы с SARS-CoV-2 . [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] Примеры вакцин против COVID-19, использующих modRNA, включают вакцины, разработанные в сотрудничестве с BioNTech / Pfizer / Fosun International ( BNT162b2 ) и Moderna ( мРНК-1273 ). [21] [22] [23] zorecimeran вакцина , разработанная Curevacоднако использует немодифицированную РНК. [24]

Другие возможные применения модРНК включают регенерацию поврежденной ткани сердечной мышцы [25] [26] и терапию рака. [27] [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Chien KR, Занги L, Lui KO (октябрь 2014). «Синтетическая химически модифицированная мРНК (modRNA): к новой технологической платформе для сердечно-сосудистой биологии и медицины» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине . 5 (1): a014035. DOI : 10.1101 / cshperspect.a014035 . PMC  4292072 . PMID  25301935 .
  2. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). От ДНК к РНК (4-е изд.). Наука о гирляндах.
  3. ^ Парди N, Вайсман D (2017). «Вакцины с модифицированной нуклеозидом мРНК для инфекционных заболеваний». РНК-вакцины . Методы молекулярной биологии. 1499 . Клифтон, Нью-Джерси, стр. 109–121. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-6481-9_6 . ISBN 978-1-4939-6479-6. PMID  27987145 .
  4. ^ Лодиш Н, Берк А, Zipursky SL, Мацудаира Р, Балтимор D, Дарнелл J (2000). Три роли РНК в синтезе белка (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. С. Раздел 4.4.
  5. ^ a b c Schlake T, Thess A, Fotin-Mleczek M, Kallen KJ (ноябрь 2012 г.). «Разработка мРНК-вакцинных технологий» . Биология РНК . 9 (11): 1319–30. DOI : 10,4161 / rna.22269 . PMC 3597572 . PMID 23064118 .  
  6. ^ Dalpke A, Helm M (июнь 2012). «РНК-опосредованная стимуляция Toll-подобных рецепторов при здоровье и болезни» . Биология РНК . 9 (6): 828–42. DOI : 10,4161 / rna.20206 . PMC 3495747 . PMID 22617878 .  
  7. ^ Карико, K; Бакштейн, М; Национальные институты здравоохранения США; Вайсман, Д. (август 2005 г.). «Подавление распознавания РНК Toll-подобными рецепторами: влияние модификации нуклеозидов и эволюционное происхождение РНК». Иммунитет . 23 (2): 165–75. DOI : 10.1016 / j.immuni.2005.06.008 . PMID 16111635 . 
  8. ^ Андриеш О, Mc Cafferty S, De Smedt SC, Вайс R, Сандерс Н.Н., Kitada Т (2015). «МРНК, содержащая N1-метилпсевдоуридин, превосходит мРНК, включенную в псевдоуридин, за счет обеспечения повышенной экспрессии белка и снижения иммуногенности в линиях клеток млекопитающих и мышей». Журнал контролируемого выпуска . 217 : 337–344. DOI : 10.1016 / j.jconrel.2015.08.051 . hdl : 1854 / LU-6993270 . PMID 26342664 . 
  9. ^ a b Свиткин Ю.В., Ченг Ю.М., Чакраборти Т., Пресняк В., Джон М., Зоненберг Н. (июнь 2017 г.). «N1-метил-псевдоуридин в мРНК усиливает трансляцию через eIF2α-зависимые и независимые механизмы за счет увеличения плотности рибосом» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (10): 6023–6036. DOI : 10.1093 / NAR / gkx135 . PMC 5449617 . PMID 28334758 .  
  10. ^ Hoernes TP, Clementi N, Faserl K, Glasner H, Breuker K, Lindner H и др. (Январь 2016 г.). «Модификации нуклеотидов в бактериальных информационных РНК регулируют их трансляцию и способны перестраивать генетический код» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (2): 852–62. DOI : 10.1093 / NAR / gkv1182 . PMC 4737146 . PMID 26578598 .  
  11. ^ Орландини фон Ниссен А.Г., Полеганов М.А., Рехнер С., Плашке А., Кранц Л.М., Фессер С. и др. (Апрель 2019 г.). «Улучшение доставки терапевтических генов на основе мРНК путем увеличения экспрессии 3 'UTR, идентифицированных с помощью скрининга клеточной библиотеки» . Молекулярная терапия . 27 (4): 824–836. DOI : 10.1016 / j.ymthe.2018.12.011 . PMC 6453560 . PMID 30638957 .  
  12. ↑ Zhao L, Seth A, Wibowo N, Zhao CX, Mitter N, Yu C, Middelberg AP (январь 2014 г.). «Вакцины с наночастицами» . Вакцина . 32 (3): 327–37. DOI : 10.1016 / j.vaccine.2013.11.069 . PMID 24295808 . 
  13. ^ Карлссон L, Кларк JC, Йен C, Грегуар F, Албери T, Billger M и др. (Июнь 2018). «МРНК VEGF-A улучшает сердечную функцию после внутрисердечной инъекции через 1 неделю после инфаркта миокарда у свиней» . Молекулярная терапия. Методы и клинические разработки . 9 : 330–346. DOI : 10.1016 / j.omtm.2018.04.003 . PMC 6054703 . PMID 30038937 .  
  14. ^ «Pfizer и BioNTech отмечают первое в истории США разрешение на вакцину для предотвращения COVID-19» . www.businesswire.com . 12 декабря 2020.
  15. ^ Polack FP, Thomas SJ, Kitchin N, Absalon J, Gurtman A, Lockhart S и др. (Декабрь 2020 г.). «Безопасность и эффективность вакцины Covid-19 мРНК BNT162b2» . Медицинский журнал Новой Англии . 383 (27): 2603–2615. DOI : 10.1056 / NEJMoa2034577 . PMC 7745181 . PMID 33301246 . S2CID 228087117 .   
  16. ^ Хохман-Jeddi С (2020-11-10). "Hoffnungsträger BNT162b2: Как работает мРНК-Impfstoffe?" . Pharmazeutische Zeitung (на немецком языке) . Проверено 28 ноября 2020 .
  17. ↑ Abbasi J (сентябрь 2020 г.). «Вакцины COVID-19 и мРНК - первый большой тест для нового подхода» . JAMA . 324 (12): 1125–1127. DOI : 10,1001 / jama.2020.16866 . PMID 32880613 . S2CID 221476409 .  
  18. ↑ Vogel A, Kanevsky I, Che Y, Swanson K, Muik A, Vormehr M и др. (8 сентября 2020 г.). «Префузионная вакцина с шипом РНК SARS-CoV-2 является высокоиммуногенной и предотвращает заражение легких у нечеловеческих приматов» (PDF) . bioRxiv . DOI : 10.1101 / 2020.09.08.280818 . S2CID 221589144 .  
  19. ^ «Условия авторизации вакцины Pfizer / BioNTech COVID-19» (Решение). Агентство по регулированию лекарственных средств и товаров медицинского назначения. 8 декабря 2020.
  20. ↑ Офис Уполномоченного (14 декабря 2020 г.). «Вакцина от COVID-19 Pfizer-BioNTech» . www.fda.gov (Решение). FDA США .
  21. ^ Krammer F (октябрь 2020). «Вакцины против SARS-CoV-2 в разработке» . Природа . 586 (7830): 516–527. Bibcode : 2020Natur.586..516K . DOI : 10.1038 / s41586-020-2798-3 . PMID 32967006 . S2CID 221887746 .  
  22. ^ «Трубопровод Модерны» . Moderna . Проверено 28 ноября 2020 .
  23. ^ Долгин, Elie (2020-11-25). «Вакцины COVID-19 готовы к запуску, но влияние на пандемию неясно». Природная биотехнология : d41587–020–00022-у. DOI : 10.1038 / d41587-020-00022-у . PMID 33239758 . S2CID 227176634 .  
  24. ^ «COVID-19» . CureVac . Проверено 21 декабря 2020 .
  25. ↑ Kaur K, Zangi L (декабрь 2020 г.). «Модифицированная мРНК как терапевтический инструмент для сердца» . Сердечно-сосудистые препараты и терапия . 34 (6): 871–880. DOI : 10.1007 / s10557-020-07051-4 . PMC 7441140 . PMID 32822006 .  
  26. ^ Занги Л., Луи К.О., фон Гизе А., Ма Q, Эбина В., Пташек Л.М. и др. (Октябрь 2013). «Модифицированная мРНК управляет судьбой клеток-предшественников сердца и индуцирует регенерацию сосудов после инфаркта миокарда» . Природа Биотехнологии . 31 (10): 898–907. DOI : 10.1038 / nbt.2682 . PMC 4058317 . PMID 24013197 .  
  27. ^ Макнамара, Меган А .; Наир, Смита К .; Холл, Эда К. (2015). «Вакцины на основе РНК в иммунотерапии рака» . Журнал иммунологических исследований . 2015 : 794528. дои : 10,1155 / 2015/794528 . PMC 4668311 . PMID 26665011 .  
  28. ^ Verbeke, R; Лентакер, I; Wayteck, L; Breckpot, K; Ван Боксталь, М; Декамп, В; Vanhove, C; Де Смедт, Южная Каролина; Девитт, H (28 ноября 2017 г.). «Совместная доставка нуклеозид-модифицированной мРНК и агонистов TLR для иммунотерапии рака: восстановление иммуногенности иммуно-тихой мРНК». Журнал контролируемого выпуска . 266 : 287–300. DOI : 10.1016 / j.jconrel.2017.09.041 . PMID 28987878 . S2CID 20794075 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бадиян, З.С.; Эванс, Т. (август 2019 г.). «Краткий обзор: применение химически модифицированной мРНК в преобразовании клеточной судьбы и тканевой инженерии» . Трансляционная медицина стволовых клеток . 8 (8): 833–843. DOI : 10.1002 / sctm.18-0259 . PMC  6646692 . PMID  30891922 .
  • Espeseth AS, Cejas PJ, Citron MP, Wang D, DiStefano DJ и др. (2020). «Вакцины на основе модифицированных мРНК / липидных наночастиц, экспрессирующие варианты белка F респираторно-синцитиального вируса, являются иммуногенными и защитными в моделях RSV-инфекции на грызунах» . NPJ Vaccines . 5 : 16. DOI : 10.1038 / s41541-020-0163-Z . PMC  7021756 . PMID  32128257 .