Znajdź zawartość

Już w poprzedniej dekadzie interesowano się zastosowaniem interferencji RNA (wyciszania lub wyłączania ekspresji genu przez dwuniciowy RNA) w leczeniu nowotworów. Cały czas problemem pozostawało jednak dostarczanie RNA o sekwencji zbliżonej do wyłączanego wadliwego genu. Naukowcy z MIT-u zaproponowali ostatnio rozwiązanie - zbitki mikrogąbek z długich łańcuchów kwasu nukleinowego. Skąd problem z dostarczaniem? Małe interferujące RNA (siRNA, od ang. small interfering RNA), które niszczą mRNA, są szybko rozkładane przez enzymy zwalczające wirusy RNA. Paula Hammond i jej zespół wpadli na pomysł, by RNA pakować w tak gęste mikrosfery, że są one w stanie wytrzymać ataki enzymów aż do momentu dotarcia do celu. Nowy system wyłącza geny równie skutecznie jak wcześniejsze metody, ale przy znacznie zmniejszonej dawce cząstek. Podczas eksperymentów Amerykanie wyłączali za pomocą interferencji RNA gen odpowiadający za świecenie komórek nowotworowych u myszy. Udawało im się to za pomocą zaledwie 1/1000 cząstek potrzebnych przy innych metodach. Jak tłumaczy Hammond, interferencję RNA można wykorzystać przy wszystkich chorobach związanych z nieprawidłowo funkcjonującymi genami, nie tylko w nowotworach. Wcześniej siRNA wprowadzano do nanocząstek z lipidów i materiałów nieorganicznych, np. złota. Naukowcy odnosili większe i mniejsze sukcesy, ale nadal nie udawało się wypełnić sfer większą liczbą cząsteczek RNA, bo krótkich łańcuchów nie można ciasno "ubić". Ekipa prof. Hammond zdecydowała się więc na wykorzystanie jednej długiej nici, którą łatwo zmieścić w niewielkiej sferze. Długoniciowe cząsteczki RNA składały się z powtarzalnych sekwencji nukleotydów. Dodatkowo segmenty te pooddzielano krótkimi fragmentami, rozpoznawanymi przez enzym Dicer, który ma za zadanie ciąć RNA właśnie w tych miejscach. Podczas syntezy RNA tworzy arkusze, które potem samorzutnie zwijają się w bardzo zbite gąbkopodobne sfery. W sferze o średnicy 2 mikronów mieści się do 500 tys. kopii tej samej sekwencji RNA. Potem sfery umieszcza się na dodatnio naładowanym polimerze, co prowadzi do dalszego ich ściskania. Średnica wynosi wtedy zaledwie 200 nanometrów, a to niewątpliwie ułatwia dostanie się do komórki. W komórce Dicer tnie długą nić na serię 21-nukleotydowych nici.

By zwalczyć malarię, naukowcy stworzyli pozbawione plemników samce. Eksperymentując z Anopheles gambiae, obawiali się, że samice nie będą chciały kopulować ze zmodyfikowanymi genetycznie partnerami, na szczęście wszystko poszło po ich myśli. Wypuszczenie wysterylizowanych samców na wolność to obiecujący sposób kontrolowania rozprzestrzeniania malarii w sytuacji, gdy u coraz większej liczby gatunków komarów wykształca się oporność na insektycydy. Każda strategia, która obiera na cel spermę, jest bezpieczna – twierdzi autorka studium Flaminia Catteruccia, entomolog molekularna z Imperial College London. Zabieg sterylizowania samców przeprowadzano już wcześniej na innych owadach, np. szkodniku drzew owocowych owocance południówce. Tutaj długo się to jednak nie udawało, ponieważ by uzyskać wysterylizowanego samca, trzeba go napromieniować, a w przypadku komarów wiąże się to z obniżoną sprawnością fizyczną i zdolnością konkurowania z pozostałymi samcami. Dodatkowo - ze względu na ograniczoną wiedzę o reprodukcji komarów - nie było wiadomo, jak samice zareagują na zmodyfikowane samce. Brytyjczycy tłumaczą, że np. u muszki owocowej obecność plemników sprawia, że samica przestaje spółkować i składa jaja. Do testów Catteruccia wytworzyła 96 pozbawionych plemników komarów. Zastosowano technikę interferencji RNA (RNAi). Embrionom wstrzykiwano fragmenty RNA, które zaburzały działanie genu kluczowego dla rozwoju jąder. Nie wpływało to na wykształcanie i działanie pozostałych narządów. Pozbawione plemników samce zachowywały się dokładnie tak samo jak te z plemnikami. Nie zauważyliśmy różnic w zakresie zdolności do konkurowania. Kopulacja z bezpłodnym samcem w żaden sposób nie oddziaływała na składanie przez samice jaj ani nie skłaniała do odbywania kolejnych aktów płciowych. Około 74% samic kopulujących z wysterylizowanym partnerem wytwarzało jaja (średnio składały ich 58). Dla porównania naukowcy ujawnili, że jaja wytwarzało 83% samic spółkujących z płodnym samcem (średnia liczba jaj wynosiła 49, czyli mniej niż po kontakcie z bezpłodnym komarem). Na jakiej podstawie, skoro nie ma plemników, samice stwierdzają, że kopulacja skończyła się sukcesem? Catteruccia podejrzewa, że wskazówką jest obecność płynu nasiennego. Trzeba to jednak będzie potwierdzić w ramach przyszłych badań.

Panaceum - mityczny lek, uzdrawiający każdą chorobę. Poszukiwali go dawni alchemicy, ale może to współczesnej biotechnologii uda się go wynaleźć. Bo - chociaż wydaje się to nieprawdopodobne - pojawiła się terapia spełniająca nadzieje, których nie mogą wciąż spełnić obiecywane panacea: terapia genowa, czy komórki macierzyste. Terapia, mogąca wyleczyć większość chorób, której twórcą jest firma biofarmaceutyczna Alnylam. Dziewiętnastu pacjentów z zaawansowanym rakiem wątroby, którym nie pomogła ani radioterapia, ani chemioterapia, dostało wyjątkową szansę na uniknięcie śmierci i powrót do zdrowia. Ta szansa to lek, który wprowadzono im do krwiobiegu. W ciągu następnych dni obrazy wątroby uzyskane przy pomocy rezonansu magnetycznego pokazywały, jak niepokonany dotychczas nowotwór przestaje się rozrastać, powoli dusi się i umiera, pozbawiony dopływu krwi. A wszystko to bez skutków ubocznych, bez niszczenia innych organów czy tkanek chorego. Ten „cud" to eksperymentalna terapia ALN-VSP, stworzona przez firmę Alnylam z Cambridge. Gdyby nowy lek był skuteczny tylko na raka wątroby, już byłby rewelacją. Ale prawie identyczną terapią można potraktować praktycznie każdy rodzaj nowotworu, a potencjalnie większość chorób nękających człowieka, w tym wiele dziś nieuleczalnych. Lek ALN-VSP dostaje się z krwiobiegiem do wątroby i blokuje w komórkach nowotworu wytwarzanie protein koniecznych do budowy naczyń krwionośnych. Jak mówią twórcy metody, tradycyjna medycyna to jak sprzątanie mopem kuchni zalewanej z cieknącego kranu. Nowa terapia to jak dokręcenie kurka. Tak właśnie działa ALN-VSP - lek zawiera sztucznie wytworzone podwójne nici RNA, odpowiadające „wyglądem" dwóm wytwarzanym masowo rakowym mRNA. W ten sposób zahamowane zostaje wytwarzanie dwóch protein: VEGF, wspomagającej tworzenie naczyń krwionośnych, oraz KSP, powodującej szybkie mnożenie się komórek. W komórkach wątroby te dwie cząsteczki mRNA wytwarzane są tylko przez komórki nowotworowe, ich wyłączenie oznacza natychmiastowe zablokowanie wzrostu i „udławienie" się guza, bez szkody dla zdrowych komórek. Nie można jednak tak po prostu wprowadzić blokujących, sztucznych iRNA do organizmu - zaszkodziłyby równie skutecznie każdej tkance potrzebującej do działania białek VEGF i KSP. Mogłyby również zostać unieszkodliwione przez system odpornościowy organizmu. Naukowcy Alnylamu obeszli tę trudność pakując ALN-VSP w tłuszczowe otoczki, rozkładane tylko w wątrobie. W ten sposób lek trafia tylko tam, gdzie powinien. Potencjał metody jest jednak daleko większy. Jak mówi Bruce Sullenger, biolog molekularny pracujący nad RNAi na Duke University, można tym sposobem precyzyjne wyłączyć ekspresję każdego, pojedynczego genu z dziesiątków tysięcy, jakie posiadamy. Sztucznie wywoływany mechanizm RNAi pozwoli zaatakować większość nowotworowych genów, na które nie ma dziś żadnego leku - jeśli tylko uda się precyzyjnie dostarczyć go do wybranych tkanek i komórek. Sztuczne regulowanie ekspresji genów to jednak nie tylko leczenie raka, ale potencjalnie wielu innych chorób, nawet tych do dziś w ogóle nieuleczalnych. Naukowcy Alnylamu pracują już nad lekami na chorobę Huntingtona, wysoki poziom cholesterolu, zwyrodnienie plamki żółtej oka, dystrofię mięśni oraz HIV. Nad praktycznym wykorzystaniem procesu RNAi pracują również niemal wszystkie duże firmy farmaceutyczne. Doskonałe wyniki pierwszych prób dały zielone światło: Alnylam zaczyna testowanie ALN-VSP na większej grupie pacjentów i zwiększanie podawanych dawek leku. Dzięki temu, że sprawa jest zasadniczo prosta, terapia RNAi powinna być gotowa do wprowadzenia na rynek w ciągu dwóch lat. A potem - być może czeka nas rewolucja w medycynie, porównywalna do tej, którą wywołało odkrycie antybiotyków.

Naukowcom z Uniwersytetu Massachusetts udało się wyciszyć ekspresję genu za pomocą krótkich cząsteczek RNA, zwanych krótkimi interferującymi RNA, podanych drogą doustną. To przełom w badaniach nad tą obiecującą techniką regulacji aktywności genów. Obiektem eksperymentu był gen MAP4K4, którego produkt należy do istotnych regulatorów fizjologii komórek odpornościowych zwanych makrofagami. Celem doświadczenia było zablokowanie aktywności badanej sekwencji DNA w tych komórkach przy pomocy cząsteczek krótkiego interferującego RNA (ang. short interfering RNA - siRNA). Zależne od siRNA zjawisko zwane interferencją RNA zostało odkryte niedawno, lecz jest powszechnie wykorzystywane jako efektywny sposób selektywnego wyciszania aktywności ściśle określonych genów. Dotychczas jego stosowanie bywało problematyczne, ponieważ nie istniały proste i wydajne metody podawania siRNA. Na szczęście, jak się wydaje, udało się wykonać ważny krok naprzód. Swój eksperyment naukowcy przeprowadzili na myszach. Aby dostarczyć siRNA do ich organizmów, wykorzystano substancję zwaną β-1,3-D-glukanem. Ten naturalny składnik ściany komórkowej drożdży łączy w sobie dwie pożądane cechy: nie pobudza gwałtownej odpowiedzi immunologicznej, lecz jest szybko pochłaniany przez makrofagi. Naukowcy użyli drobin tego związku, by wbudować do makrofagów RNA wyciszające MAP4K4. Jak wykazali naukowcy, podanie kompleksów glukanu i siRNA prowadziło do ich wydajnego wychwytu przez makrofagi rezydujące w ścianach przewodu pokarmowego. Kolejnym etapem było uwolnienie siRNA, prowadzące do jego aktywacji. Ostatecznym efektem eksperymentu było wyciszenie genu MAP4K4 i wyciszenie stanu zapalnego. Niestety, nowa metoda działa wyłącznie na makrofagi - to one pocħłaniają siRNA i wykorzystują je, lecz nie są w stanie przekazać go innym komórkom. Pocieszająca jest jednak niezwykle wysoka wydajność interferencji RNA przeprowadzonej nową metodą. Do wyciszenia badanego genu wystarczała bowiem ilość siRNA od kilkunastu aż do pięciuset razy mniejsza, niż przy podaniu dożylnym.

Niewielkie cząsteczki dwuniciowego RNA, zwane siRNA, zrobiły w ostatnich latach niezwykłą karierę, a nawet przyniosły jej odkrywcom Nagrodę Nobla w roku 2006. Okazuje się jednak, że powodzenie niektórych terapii wynika ze zjawisk zupełnie innych, niż dotychczas przypuszczano, a podczas wykonywania wielu eksperymentów popełniano podstawowe błędy. siRNA to cząsteczki zdolne do wybiórczego blokowania genów o sekwencji nukleotydów (jednostek wchodzących w skład zarówno DNA, jak i RNA) identycznej z ich własną. Z tego względu są uważane za niezwykle atrakcyjny cel terapii takich chorób, jak nowotwory, choroby immunologiczne czy AIDS. Okazuje się jednak, że powodzenie wielu eksperymentów może wynikać nie z wyciszającego ekspresję genów działania siRNA, lecz z ogólnej, nieswoistej odpowiedzi organizmu na obecność obcych molekuł. Do odkrycia doszło podczas analizy dotychczasowych badań wykorzystujących opisywaną technikę. Prowadzona przez Marjorie Robbins grupa naukowców pracujących dla kanadyjskiej firmy Protiva Biotherapeutics zaobserwowała, że zadziwiająco nieliczne spośród publikowanych badań uwzględniły adekwatne testowanie lub kontrolowanie potencjalnych efektów wywołanej przez siRNA stymulacji immunologicznej. Logiczną konsekwencją odkrycia było przeprowadzenie własnych eksperymentów mających na celu określenie, jak bardzo istotne jest to zaniechanie. W swoim badaniu przeprowadzonym z wykorzystaniem myszy specjaliści z Protiva Biotherapeutics użyli cząsteczek siRNA o różnych sekwencjach w celu porównania ich zdolności do zwalczenia infekcji wirusem grypy oraz do wywołania reakcji organizmu gryzonia na ich obecność. Wyniki eksperymentu pokazują jednoznacznie, że wiele spośród testowanych molekuł wywoływało skuteczną odpowiedź immunologiczną i pokonanie infekcji nawet wtedy, gdy sekwencja terapeutycznej cząsteczki nie miała wiele wspólnego z informacją genetyczną wirusa. Oznacza to, że rzeczywistą przyczyną wyleczenia zwierząt była ogólna mobilizacja sił obronnych organizmu, nie zaś wybiórcza walka z patogenem. Pomimo oczywistych błędów popełnianych przez licznych naukowców, specjaliści zajmujący się terapią genową są optymistami. Jak tłumaczy pracujący dla Szkoły medycznej Uniwersytetu Pennsylvania dr James M. Wilson, siRNA ma niesamowity potencjał jako narzędzie badawcze, lecz jego rozwój w warunkch klinicznych jest wciąż na wczesnym etapie. Badanie wykonane przez panią Robbins i współpracowników wskazuje bardzo istotną kwestię związaną z efektami ubocznymi, które należy uwzględnić podczas ustalania i oceny strategii opartych o siRNA.