Представьте ситуацию, что инструкция к тому, что собирает человек (например, к комплекту мебели), неправильна. Что делать в этом случае? Порой такая ситуация возникает и в организме человека: скажем, когда мутации ДНК у людей с генетическими заболеваниями приводят к производству дефектных белков. Исследователи попытались решить проблему и создали новую технологию, помогающую клеткам обходить такую неверную "инструкцию".
Большинство генов человека генерируют своего рода рецепт того, как должен создаваться белок. Каждая следующая трёхбуквенная последовательность в ДНК (известная как кодон) определяет, какая аминокислота должна быть добавлена следующей в растущей цепочке аминокислот с целью создания белка. Этот процесс продолжается до тех пор, пока механизм создания белка не достигают кодона, который "призывает" остановиться. Он называется стоп-кодон.
Но порой ДНК-мутации создают стоп-кодоны в неправильных местах. Одиночная мутация может остановить строительство белка на отметке в 15 аминокислот, хотя в действительно он должен обладать сотней таких "кирпичиков". Такое "урезание" делает белок абсолютно бесполезным. Это явление известно под названием нонсенс-мутация (или бессмысленная мутация), и именно такие "поломки" являются причиной примерно однрй десятой всех генетических заболеваний.
Но в природе, вероятно, всё-таки есть способы избежать появления "преждевременных" стоп-кодонов. Впервые один такой метод был предложен в 1980-х годах, но потребовалось не одно десятилетие, чтобы люди смогли заставить его работать в клетках человека. Метод фокусируется на транспортной РНК (тРНК) — молекулах, которые в процессе производства белков распознают стоп-кодоны и подбирают нужные аминокислоты.
Спустя время стало возможным создание искусственной тРНК, которая также будет распознавать "преждевременные" стоп-кодоны, а вместо прекращения процесса создания белка добавлять аминокислоту, необходимую для получения полезного белка.
Так, в 2014 году Карла Оливейра (Carla Oliveira) и её коллеги из Университета Порту (Universidade do Porto) восстановили производство здорового белка в клетках, несущих особую мутацию. Она приводит к врождённому раку желудка и молочной железы. Единственное решение для таких пациентов — удаление органа.
Теперь же Кристофер Ахерн (Christopher Ahern) и его исследовательская группа из Университета Айовы использовали искусственную тРНК для восстановления производства белка, который обычно отсутствует или испорчен у людей с диагнозом кистозный фиброз (также известен как муковисцидоз).
Точно так же как и команда Оливейры, американские специалисты применили методику для "лечения" клеток, находящихся в чашке Петри. Но после дальнейших экспериментов методика может стать прекрасной альтернативой лекарственным препаратам в вопросе лечения муковисцидоза, считают учёные.
По мнению Ахерна, однажды вылечить муковисцидоз можно будет, починив или даже заменив повреждённый ген. Однако получение длинных последовательностей генов для генной терапии или редактирование генов в клетках лёгких является огромной проблемой.
Молекула искусственной тРНК намного меньше, так что она поможет решить генетическую проблему и провести лечение более быстрыми темпами.
Оказавшись внутри клеток, искусственная тРНК как бы соревнуется с белками, которые обычно связываются со стоп-кодонами и прекращают производство белков. Это означает, что искусственные тРНК "не чинят" каждый белок, созданный дефектным геном, однако они в состоянии исправить достаточное количество белков для существенного изменения ситуации в лучшую сторону при многих генетических заболеваниях. Поясним, что даже низкое содержание правильных белков может принципиально изменить ход болезни.
"Результаты исследования действительно интересны", — говорит Малькольм Бродли (Malcolm Brodlie) из Ньюкаслского университета. Но он отмечает, что хоть учёные и получили клетки, производящие белки с правильной последовательностью аминокислот, они всё-таки не показали, что эти белки являются полностью функциональными.
Теперь внесём маленькую ложку дёгтя: существует вероятность того, что искусственные тРНК могут помешать работе правильных (своевременных) стоп-кодонов, испортив их другими белками. Это может случиться совершенно случайным образом. Но такая вероятность всё-таки есть.
Между тем, результаты других исследований позволяют предположить, что искусственные тРНК будут безопасными. "Известно, что внедрённая тРНК, которая предназначена для блокировки стоп-кодонов, ведет себя достаточно толерантно в организме животного", — говорит Джейсон Чин (Jason Chin) из Кембриджского университета. Исследовательская группа Чина применяет искусственные тРНК для "расширения" арсенала генетического кода у животных – червей или плодовых мушек.
Исследователи добавляют, что до разработки любого метода лечения на основе новой технологии пока ещё далеко. По той причине, что искусственные тРНК труднее доставить в клетки, чем обычные препараты. Но исследователи надеются, что это станет возможным в обозримом будущем.
Результаты исследования опубликованы на сайте препринтов BioRxiv, то есть пока не были проверены экспертной группой коллег-учёных.
