El ARN mensajero (ARNm) ha dado un gran salto hacia la atención pública durante la pandemia, gracias a su papel clave en varias vacunas contra la COVID-19. Pero los ARNm, que son secuencias genéticas que instruyen al cuerpo a producir proteínas, también se están desarrollando como una nueva clase de fármacos. Sin embargo, para que los ARNm tengan usos terapéuticos amplios, las moléculas deberán durar más en el cuerpo que las que componen las vacunas COVID.
Investigadores del Broad Institute del MIT y de Harvard y el MIT diseñaron una nueva estructura de ARNm agregando múltiples «colas» a las moléculas que aumentaron los niveles de actividad del ARNm en las células de 5 a 20 veces. El equipo también demostró que sus ARNm de múltiples colas duraban de 2 a 3 veces más en animales en comparación con el ARNm no modificado y, cuando se incorporaban a un sistema de edición de genes CRISPR, daban como resultado una edición de genes más eficiente en ratones.
Los nuevos ARNm, reportados en Biotecnología de la naturalezaPotencialmente podría usarse para tratar enfermedades que requieren tratamientos duraderos que editen genes o reemplacen proteínas defectuosas.
El uso de ARNm en las vacunas contra la COVID es fantástico, lo que nos llevó a explorar cómo podríamos ampliar las posibles aplicaciones terapéuticas del ARNm. Hemos demostrado que las estructuras no naturales pueden funcionar mucho mejor que las naturales. Esta investigación nos ha dado mucha confianza en nuestra capacidad para modificar química y topológicamente las moléculas de ARNm”.
Xiao Wang, autor principal del nuevo artículo, miembro principal del Broad Institute y profesor asistente de química en el MIT.
«Estoy muy entusiasmado con el hecho de que esta nueva forma de ARNm sea tan bien tolerada por la maquinaria de traducción celular», dijo Hongyu Chen, primer autor del artículo y estudiante graduado en Química del MIT en el laboratorio de Wang. «Esto abre muchas oportunidades nuevas para modificar sintéticamente el ARNm para ampliar sus usos terapéuticos».
Mantenerte fuerte
El ARNm de las vacunas COVID actuales es tan eficaz porque se necesita muy poco: una vez inyectado en el cuerpo, estimula la producción de proteínas que se asemejan a partes del virus COVID. «El sistema inmunológico es muy robusto, por lo que es capaz de crear muchos anticuerpos en respuesta a la expresión transitoria de una proteína extraña», dijo Chen.
Pero para que este mismo tipo de ARNm produzca suficientes proteínas para tratar enfermedades que alteran la producción normal de proteínas esenciales, se necesitaría una dosis mucho mayor, lo que podría provocar efectos secundarios tóxicos.
El laboratorio de Wang se especializa en comprender cómo funciona el ARN desde su síntesis hasta su degradación final y eliminación en las células. Wang, Chen y su equipo querían abordar el complejo desafío de diseñar una estructura de ARNm que pudiera ser estable, activa y producir efectos terapéuticos sostenidos en dosis bajas.
«Encuentro que el ARNm es muy fascinante porque, como molécula informativa, su función está codificada por su secuencia, mientras que su estabilidad está dictada por las propiedades químicas de su columna vertebral», dijo Chen. «Esta característica brinda a los químicos la versatilidad para diseñar ampliamente la estructura del ARNm sin preocuparse por alterar la información que transporta».
Basándose en investigaciones anteriores, Wang y Chen sabían que una parte de la estructura del ARNm, una rama llamada cola poli(A), desempeña un papel importante en la protección del ARNm de la degradación dentro de las células. En 2022, demostraron que la modificación química de la cola poli(A) ralentiza la degradación natural del ARNm, lo que lo hace más útil para una gama más amplia de terapias. Llamaron a estas moléculas modificadas “conjugados de ARNm-oligo” o mocRNA.
Para aprovechar este trabajo, Wang y Chen plantearon la hipótesis de que diseñar una forma aún más compleja de ARNm, que contenga múltiples colas poli(A) modificadas, mejoraría aún más los efectos terapéuticos del ARNm. En su esfuerzo más reciente, el equipo produjo sus ARNm de múltiples colas, los probó en células humanas y descubrió que mantenían la traducción del ARNm mucho más tiempo que el ARNm y el ARNm naturales, produciendo hasta 20 veces más proteína por dosis a la vez. tiempo.
En experimentos con ratones, los investigadores descubrieron que solo una dosis de ARNm de múltiples colas conducía a una producción de proteínas que duraba hasta 14 días, casi el doble de la vida útil demostrada por tecnologías de ARNm anteriores.
También utilizaron su ARNm de múltiples colas para codificar la proteína Cas9 que corta el ADN como parte del sistema de edición de genes CRISPR-Cas9 y lo probaron en ratones para editar genes relacionados con el colesterol alto, Pcsk9 y Angptl3. Descubrieron que una sola dosis de ARNm de Cas9 de múltiples colas podría inducir niveles más altos de edición de genes, lo que resultaría en una disminución del colesterol circulante en el torrente sanguíneo, en comparación con los animales tratados con ARNm de Cas9 de control.
Wang y Chen ahora se centran en hacer que su proceso de purificación y síntesis de ARNm de múltiples colas sea más escalable. También están analizando más de cerca cómo las modificaciones del ARNm afectan la interacción entre su estabilidad terapéutica y su actividad.
«Queremos ver dónde más podemos diseñar la estructura del ARNm para aumentar la eficiencia», dijo Chen, y agregó que también están interesados en modificaciones que mejoren la velocidad a la que las células pueden escanear y traducir las instrucciones del ARNm.
Fuente:
Referencia del diario:
Chen, H. y otra. (2024). Las colas de poli(A) ramificadas químicamente modificadas aumentan la capacidad de traducción del ARNm. Biotecnología de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41587-024-02174-7.
