Pesquisadores do MIT e da Universidade de Harvard desenvolveram uma maneira de ativar seletivamente terapias genéticas em células-alvo, incluindo células humanas. Sua tecnologia pode detectar sequências específicas de RNA mensageiro nas células, e essa detecção então aciona a produção de uma proteína específica de um transgene, ou gene artificial.
Como os transgenes podem ter efeitos negativos e até perigosos quando expressos nas células erradas, os pesquisadores queriam encontrar uma maneira de reduzir os efeitos fora do alvo das terapias genéticas. Uma maneira de distinguir diferentes tipos de células é lendo as sequências de RNA dentro delas, que diferem de tecido para tecido.
Ao descobrir uma maneira de produzir transgene somente depois de “ler” sequências específicas de RNA dentro das células, os pesquisadores desenvolveram uma tecnologia que poderia ajustar as terapias genéticas em aplicações que vão desde a medicina regenerativa ao tratamento do câncer. Por exemplo, os pesquisadores poderiam criar novas terapias para destruir tumores, projetando seu sistema para identificar células cancerosas e produzir uma proteína tóxica apenas dentro dessas células, matando-as no processo.
“Isso traz novos circuitos de controle para o campo emergente da terapêutica de RNA, abrindo a próxima geração de terapêutica de RNA que poderia ser projetada para ser ativada apenas de uma forma específica de célula ou tecido”, diz James Collins, o professor Termeer Engenharia Médica e Ciência no Instituto de Ciência e Engenharia Médica do MIT (IMES) e Departamento de Engenharia Biológica e o autor sênior do estudo.
Esta abordagem altamente direcionada, que é baseada em um elemento genético usado por vírus para controlar a tradução de genes nas células hospedeiras, pode ajudar a evitar alguns dos efeitos colaterais das terapias que afetam todo o corpo, dizem os pesquisadores.
Evan Zhao, pesquisador do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Harvard University, e Angelo Mao, pós-doutorado do MIT e bolsista de tecnologia do Wyss Institute, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Nature Biotechnology.
Detecção de RNA
Moléculas de RNA mensageiro (mRNA) são sequências de RNA que codificam as instruções para a construção de uma proteína específica. Vários anos atrás, Collins e seus colegas desenvolveram uma maneira de usar a detecção de RNA como um gatilho para estimular as células a produzir uma proteína específica nas células bacterianas. Este sistema funciona introduzindo uma molécula de RNA chamada “toehold”, que se liga ao local de ligação ao ribossomo de uma molécula de mRNA que codifica uma proteína específica. (O ribossomo é onde as proteínas são montadas com base nas instruções do mRNA.) Essa ligação impede que o mRNA seja traduzido em proteína, porque ele não pode se ligar a um ribossomo.
A base de RNA também contém uma sequência que pode se ligar a uma sequência diferente de mRNA que serve como um gatilho. Se esta sequência de mRNA alvo for detectada, o suporte do dedo do pé libera seu aperto e o mRNA que havia sido bloqueado é traduzido em proteína. Este mRNA pode codificar qualquer gene, como uma molécula repórter fluorescente. Esse sinal fluorescente dá aos pesquisadores uma maneira de visualizar se a sequência de mRNA alvo foi detectada.
No novo estudo, os pesquisadores tentaram criar um sistema semelhante que pudesse ser usado em células eucarióticas (não bacterianas), incluindo células humanas.
Como a tradução do gene é mais complexa nas células eucarióticas, os componentes genéticos que eles usavam nas bactérias não podiam ser importados para as células humanas. Em vez disso, os pesquisadores tiraram proveito de um sistema que os vírus usam para sequestrar células eucarióticas para traduzir seus próprios genes virais. Este sistema consiste em moléculas de RNA chamadas sítios internos de entrada do ribossomo (IRES), que podem recrutar ribossomos e iniciar a tradução do RNA em proteínas.
“Essas são dobras complicadas de RNA que os vírus desenvolveram para sequestrar os ribossomos porque os vírus precisam encontrar uma maneira de expressar proteínas”, diz Zhao.
Os pesquisadores começaram com IRES de ocorrência natural de diferentes tipos de vírus e os projetaram para incluir uma sequência que se liga a um mRNA desencadeador. Quando o IRES projetado é inserido em uma célula humana na frente de um transgene de saída, ele bloqueia a tradução desse gene, a menos que o mRNA desencadeador seja detectado dentro da célula. O gatilho faz com que o IRES se recupere e permite que o gene seja traduzido em proteína.
Terapêutica direcionada
Os pesquisadores usaram essa técnica para desenvolver apoios para os pés que poderiam detectar uma variedade de diferentes gatilhos dentro das células humanas e de levedura. Primeiro, eles mostraram que podiam detectar o mRNA que codifica os genes virais do vírus Zika e do vírus SARS-CoV-2. Uma possível aplicação para isso poderia ser o desenvolvimento de células T que detectam e respondem ao mRNA viral durante a infecção, dizem os pesquisadores.
Eles também projetaram moléculas que podem detectar mRNA para proteínas que são produzidas naturalmente em células humanas, o que poderia ajudar a revelar estados celulares, como o estresse. Como exemplo, eles mostraram que podiam detectar a expressão de proteínas de choque térmico, que as células produzem quando são expostas a altas temperaturas.
Por último, os pesquisadores mostraram que podiam identificar células cancerosas por meio da engenharia de suportes para pés que detectam mRNA para tirosinase, uma enzima que produz melanina em excesso nas células de melanoma. Este tipo de direcionamento pode permitir aos pesquisadores desenvolver terapias que desencadeiem a produção de uma proteína que inicia a morte celular quando proteínas cancerosas são detectadas em uma célula.
“A ideia é que você seria capaz de direcionar qualquer assinatura única de RNA e fornecer um agente terapêutico”, diz Mao. “Esta pode ser uma forma de limitar a expressão da biomolécula nas células ou tecidos-alvo.”
Todos os estudos feitos neste artigo foram realizados em células cultivadas em uma placa de laboratório. Os pesquisadores agora estão trabalhando em estratégias de entrega que permitiriam aos componentes de RNA do sistema atingir as células-alvo em modelos animais.
Publicado em 31/10/2021 09h34
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