Уявіть ситуацію, що інструкція до того, що збирає людей (наприклад, до комплекту меблів), неправильна. Що робити в цьому випадку? Іноді така ситуація виникає і в організмі людини: скажімо, коли мутації ДНК у людей з генетичними захворюваннями призводять до виробництва дефектних білків. Дослідники спробували вирішити проблему і створили нову технологію, яка допомагає клітинам обходити таку невірну «інструкцію».
Більшість генів людини генерують свого роду рецепт того, як повинен створюватися білок. Кожна наступна трехбуквенная послідовність ДНК (відома як кодон) визначає, яка амінокислота повинна бути додана в наступній зростаючої ланцюжка амінокислот з метою створення білка. Цей процес продовжується до тих пір, поки механізм створення білка не досягають кодона, який «закликає» зупинитися. Він називається стоп-кодон.
Але часом ДНК-мутації створюють стоп-кодони в неправильних місцях. Одинична мутація може зупинити будівництво білка на позначці в 15 амінокислот, хоча дійсно він повинен володіти сотнею таких «цеглинок». Таке «урізання» робить білок абсолютно марним. Це явище відомо під назвою нонсенс-мутація (або безглузда мутація), і саме такі «поломки» є причиною приблизно однієї десятої всіх генетичних захворювань.
Але в природі, ймовірно, все-таки є способи уникнути появи «передчасних» стоп-кодонов. Вперше один такий метод був запропонований у 1980-х роках, але знадобилося не одне десятиліття, щоб люди змогли змусити його працювати у клітинах людини. Метод фокусується на транспортною РНК (тРНК) — молекулах, які в процесі виробництва білків розпізнають стоп-кодони і підбирають потрібні амінокислоти.
Через деякий час стало можливим створення штучної тРНК, яка також буде розпізнавати «передчасні» стоп-кодони, а замість припинення процесу створення білка додавати амінокислоту, необхідну для отримання корисного білка.
Так, у 2014 році Карла Олівейра (Carla Oliveira) і її колеги з Університету Порту (Universidade do Porto) відновили виробництво здорового білка в клітинах, що несуть особливу мутацію. Вона призводить до уродженому раку шлунку і молочної залози. Єдине рішення для таких пацієнтів — видалення органу.
Тепер же Крістофер Ахерн (Christopher Ahern) і його дослідницька група з Університету Айови використовували штучну тРНК для відновлення виробництва білка, який зазвичай відсутня або зіпсований у людей з діагнозом кістозний фіброз (також відомий як муковісцидоз).
Точно так само як і команда Олівейри, американські фахівці застосували методику для «лікування» клітин, що знаходяться в чашці Петрі. Але після подальших експериментів методика може стати прекрасною альтернативою лікарських препаратів в питанні лікування муковісцидозу, вважають вчені.
На думку Ахерна, якось вилікувати муковісцидоз можна буде, полагодив або навіть замінивши пошкоджений ген.Однак отримання довгих послідовностей генів для генної терапії або редагування генів у клітинах легенів є величезною проблемою.
Молекула штучної тРНК набагато менше, так що вона допоможе вирішити генетичну проблему і провести лікування більш швидкими темпами.
Опинившись всередині клітин, штучна тРНК ніби змагається з білками, які зазвичай пов’язуються зі стоп-кодонами і припиняють виробництво білків. Це означає, що штучні тРНК «не лагодять» кожен білок, створений дефектним геном, однак вони в змозі виправити достатню кількість білків для істотної зміни ситуації в кращу сторону при багатьох генетичних захворюваннях. Пояснимо, що навіть низький вміст правильних білків може принципово змінити хід хвороби.
«Результати дослідження дійсно цікаві», — говорить Малькольм Бродлі (Malcolm Brodlie) з Ньюкаслського університету. Але він зазначає, що хоча вчені і отримали клітини, що виробляють білки з правильною послідовністю амінокислот, вони все-таки не показали, що ці білки є повністю функціональними.
Тепер внесемо маленьку ложку дьогтю: існує ймовірність того, що штучні тРНК можуть перешкодити роботі правильних (своєчасних) стоп-кодонов, зіпсувавши їх іншими білками. Це може статися абсолютно випадковим чином. Але така ймовірність все-таки є.
Між тим, результати інших досліджень дозволяють припустити, що штучні тРНК будуть безпечними. «Відомо, що впроваджена тРНК, яка призначена для блокування стоп-кодонов, веде себе досить толерантно в організмі тварини», — говорить Джейсон Чин (Jason Chin) з Кембриджського університету. Дослідницька група Чину застосовує штучні тРНК для «розширення» арсеналу генетичного коду у тварин — хробаків або плодових мушок.
Дослідники додають, що до розробки будь-якого методу лікування на основі нової технології поки ще далеко. З тієї причини, що штучні тРНК важче доставити в клітини, ніж звичайні препарати. Але дослідники сподіваються, що це стане можливим у найближчому майбутньому.
Результати дослідження опубліковані на сайті препринтів BioRxiv, тобто поки не були перевірені експертною групою колег-науковців.
