Ученые Университета ИТМО первые в мире предложили использовать антисмысловые олигонуклеотиды — синтезированные короткие фрагменты ДНК — для уничтожения раковой клетки.

Исследователи разработали систему, которая позволяет одновременно обнаруживать онкомаркеры в клетках и «выключать» гены, отвечающие за выживание опухоли.  Устройство можно менять под любой онкомаркер и целевой ген — это открывает возможности для эффективной борьбы с онкопатологией.

Для лечения онкологических заболеваний активно применяют лучевую терапию и химиотерапию. Однако побочные эффекты и химиорезистентность заставляют ученых искать новые способы борьбы с раком. Альтернативой этим методам может стать технология генной терапии, а именно антисмысловые олигонуклеотиды — одноцепочечные искусственно синтезированные короткие фрагменты ДНК. В то же время есть сложность с использованием антисмысловых агентов в качестве противоопухолевых препаратов: они могут подавлять нужные гены и в здоровых клетках.

Исследователи Университета ИТМО нашли способ, как решить эту проблему: они усовершенствовали привычную технологию антисмысловых агентов, чтобы вместо одной целевой молекулы она распознавала две. Для этого они создали конструкцию на основе бинарных антисмысловых олигонуклеотидов для поиска онкомаркеров и избирательного расщепления злокачественных образований. Система состоит из двух модулей: сенсорного, который ищет специальные нуклеиновые кислоты, сигнализирующие о наличии рака, и терапевтического, «отлавливающего» целевую молекулу, которую нужно разрушить. До ученых ИТМО никто не рассматривал технологию антисмысловых агентов для онкомаркер-зависимого запуска терапии рака.

«Эта технология позволяет убивать раковые клетки и оставлять нетронутыми здоровые ткани. Наша конструкция  образует комплекс  с целевой молекулой РНК гена, вызывающего интерес,  и онкомаркера. Затем она взаимодействует с внутриклеточным ферментом РНКазой H, который способен расщепить молекулу РНК. Мы тестировали разработку в присутствии и отсутствии онкомаркера. Система работает  в 6 раз эффективнее при его наличии, это значит, что онкомаркер активирует устройство для  избирательного разрушения нужного нам гена. По сути, мы хотим заставить ресурсы самой клетки уничтожать злокачественные образования», — рассказывает Валерия Дрозд, автор исследования, инженер химико-биологического кластера Университета ИТМО.

Исследователи проверили эффективность предлагаемого ими решения in vitro на фрагменте РНК гена GFP (зеленого флуоресцентного белка).  Он широко используется в качестве светящейся метки в клеточной и молекулярной биологии для изучения экспрессии клеточных белков.  В качестве онкомаркера ученые выбрали фрагмент гена KRAS. Он представлен во многих типах рака. Около 27% случаев появления онкозаболеваний у человека связаны именно с мутацией генов семейства RAS.

«Мы разрушаем РНК гена GFP, что приводит к снижению количества флуоресцирующих белков  (клетка начинает  меньше светиться). Этот тест необходим, чтобы не сразу уничтожать клетки, воздействуя на жизненно важные гены. Важно убедиться, что система целенаправленно выключает нужный ген в присутствии онкомаркера, а не потому что  она токсична сама по себе, — объясняет Валерия Дрозд. —  Еще мы  проверили разработку на распознавание мутации в онкомаркере. Например, если в качестве таких маркеров взять мРНК генов (информационные РНК), то они могут экспрессироваться и в здоровых, и в раковых тканях. В последних у них будет особенная мутация: одна буква в цепи будет заменена на какую-нибудь другую. Эту букву нам тоже нужно распознать, чтобы устройство реагировало именно на опухолевые клетки. Наша система способна выявлять нуклеотидную замену в онкомаркере» 

Предложенную учеными конструкцию можно видоизменять под любую систему, любой онкомаркер и целевой ген — это открывает возможности для будущих исследований.

Впереди исследователей ждет серьезная работа по разработке стратегии химической модификации антисмысловых агентов. Это важно, чтобы защитные механизмы  внутри живых систем не разрушали конструкцию до того, как она подействует на раковую опухоль. Кроме того, ученые пытаются выявить наиболее уязвимый ген выживания в раковых клетках и универсальный онкомаркер, подходящий одновременно для нескольких типов опухолей.

Статья Drozd et al. Binary Antisense Oligonucleotide Agent for Cancer Marker-Dependent Degradation of Targeted RNA опубликована в журнале Nucleic Acid Therapeutics.

Источник:  www.vechnayamolodost.ru