Гены, молчать!
В США одобрен первый препарат на основе РНК-интерференции
Полина Лосева, «Чердак»
Пока мир размышляет над этичностью и безопасностью редактирования генома с помощью CRISPR-Cas, другие технологии уже выходят на рынок. Новый лидер молекулярного забега – препарат, использующий РНК-интерференцию для того, чтобы «глушить» экспрессию определенных генов.
В поисках причин заболеваний современная медицина закапывается все глубже в молекулярный грунт. Раньше мы работали с симптомами заболеваний, облегчая состояние больного организма, потом переключились на причины, добавляя недостающие белки или разрушая лишние, сейчас же мы пытаемся предотвратить возникновение этих причин, манипулируя работой отдельных генов.
Мы уже умеем создавать отдельные клетки человека, работающие так, как нам нужно, – тому пример одобренная недавно CAR-T клеточная терапия для больных лейкемией или излеченный от буллезного эпидермолиза мальчик. В обоих случаях врачи забирали у больных неправильно работающие клетки и заменяли отредактированными, правильными.
Но вывод на рынок РНК-интерференции впервые позволяет нам радикально менять работу генов in vivo, и это принципиально новый уровень управления работой нашего организма.
Все на борьбу с амилоидозом
Представьте себе, что у вас в квартире копятся пакеты из магазина. Сам по себе пакет – вещь полезная, если нужно что-то куда-то донести. Но когда их накапливается много, передвижение по квартире превращается в трудновыполнимый квест. По такому принципу развивается амилоидоз – накопление и отложение внеклеточных белков. Он может сопровождать самые разные болезни, от диабета до болезни Альцгеймера. Но вне зависимости того, какой именно белок заполоняет организм, причина обычно в мутации, которая мешает ему правильно сворачиваться. Неряшливо упакованный белок хуже выполняет свои основные функции, слипается с другими белками, оседает на стенках органов и плохо выводится почками.
Сегодня на повестке дня лекарство от ATTR – амилоидоза, вызванного накоплением белка транстиретина (TTR). В норме он как раз выполняет функцию пакета, перенося по крови тироксин (гормон щитовидной железы) и витамин А. Результатом отложения таких белковых пакетов становится полинейропатия – нарушение работы периферических нервов, потеря чувствительности, тремор и болевые синдромы.
Что мы можем сделать, чтобы остановить рост подобного снежного кома? Самый простой вариант – пересадить печень, чтобы она производила здоровый белок. Однако иногда хочется обойтись без хирургических вмешательств. Можно запретить белку изменять форму – так работали препараты-стабилизаторы TTR, лекарства предыдущего поколения. Но эффективнее было бы уничтожить причину и остановить образование белка в клетках. Производство белка состоит из множества этапов: переписывание информации с ДНК на матричную РНК (мРНК), выход РНК из ядра в цитоплазму клетки, связывание с рибосомой и, собственно, синтез белка – трансляция. Новые технологии предлагают заблокировать мРНК в цитоплазме, чтобы синтез стал невозможен.
Препарат с развившимся амилоидозом. Фото: Michael Feldman, MD, PhD University of Pennsylvania School of Medicine / wikimedia commons
Они всех перережут
РНК в человеческой клетке всегда состоит из одной цепи. И для любых ее функций критично, чтобы она оставалась одноцепочечной и могла связываться с ДНК или другими РНК. Поэтому самый простой способ нарушить ее работу – добавить ей вторую цепь. По такому принципу работают антисмысловые РНК: они комплементарно слипаются с матричной РНК, получается двухцепочечная молекула, которую рибосома уже не может распознать и, соответственно, использовать ее в качестве чертежа для синтеза белка. Этот метод можно применять в медицине – так, например, работал препарат фомивирсен против цитомегаловирусной инфекции (сейчас его уже не используют). Проблема в том, что связывание антисмысловой РНК с мРНК непрочно, поэтому обратимо. Кроме того, одна молекула антисмысловой РНК блокирует только одну молекулу мРНК, и для достижения эффекта нужны высокие концентрации препарата.
Все изменилось в 1998 году, когда американские ученые искали оптимальный способ доставки антисмысловых РНК в клетки круглого червя C. elegans. Неожиданно для себя они обнаружили, что если сделать антисмысловую РНК двухцепочечной, то она блокирует синтез белка гораздо эффективнее. И уже через восемь лет они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие РНК-интерференции, а журналисты дружно писали, что «заглушки» для РНК сулят человечеству избавление от всех болезней, связанных с выработкой белка.
Что мы знаем об РНК-интерференции 20 лет спустя? Так же, как система CRISPR-Cas, этот механизм – часть системы защиты от вирусов, только взятый на вооружение не бактериями, а организмами посложнее, эукариотами. Допустим, в цитоплазме клетки появляется РНК-содержащий вирус. Он пришел для того, чтобы размножиться и захватить клетку: для этого ему нужно скопировать свою РНК и построить на ее матрице белки оболочки. Когда вирус копирует РНК, она становится двухцепочечной. В этот момент ее распознает белок Dicer и яростно кромсает на маленькие фрагменты – малые интерферирующие РНК (миРНК). На этом расправа не заканчивается: одноцепочечные миРНК захватывает белковый комплекс RISC. RISC плавает в цитоплазме, вооружившись миРНК, и ждет появления комплементарной ей мРНК. Как только таковая оказывается рядом, миРНК с ней связывается, и RISC рубит мРНК на маленькие фрагменты. Иными словами, клетка захватывает двухцепочечную РНК вируса и использует ее как наводку на одноцепочечные РНК, чтобы их расщепить и помешать вирусу строить свои белки.
Схема: Полина Лосева, Анатолий Лапушко / Chrdk
РНК-интерференция используется нашими клетками не только, впрочем, для того чтобы охотиться и «глушить» деятельность вирусов. Ее же клетки используют для блокировки работы некоторых своих генов. В нашем геноме есть участки, которые не кодируют белки. Некоторые из них вместо этого кодируют миРНК, которые затем помогают разрушать мРНК, останавливая производство белков. МиРНК работают эффективнее, чем антисмысловые РНК, потому что одна молекула миРНК может привести к разрушению множества молекул мРНК.
Все могут РНК
Герой сегодняшнего дня – компания Alnylam Pharmaceuticals и ее препарат патисиран, представляющий собой миРНК против мРНК транстиретина, заключенные в липидную оболочку. Препарат вводят внутривенно. Здесь стоит отметить, что ATTR – очень удобная болезнь для подобного лечения. Дело в том, что большинство липосом, липидных пузырьков с лекарствами, при введении в кровь оседают в клетках печени и не распространяются по другим тканям. Но, по счастливому совпадению, большую часть транстиретина в организме человека тоже производят клетки печени. Поэтому препарат неизбежно достигает своей главной цели и блокирует образование дефектного белка.
Побочные эффекты в результате такой терапии сведены к минимуму, так как миРНК избирательно связываются с мРНК нужного белка.
В отчете о третьей фазе клинических исследований фармкомпания сообщает, что побочные эффекты связаны в основном с самой инъекцией, т. е. введением иглы в вену пациента, и потому их набор не отличается в опытной группе от группы плацебо.
Одобрение американскими регуляторами патисирана (и попадание его же в британский список раннего доступа к лекарствам) – кульминация истории о людях, которые взялись проложить дорогу от чисто научного открытия, фундаментального знания – к конкретной технологии, в данном случае лекарству.
«Уверяю вас, Бог создал РНК-интерференцию не для того, чтобы получать лекарства, – шутил два года назад в разговоре с журналистами STAT Джон Мараганор, CEO компании. – Нам пришлось разбираться с этим самостоятельно».
Как рассказывает STAT, первые биотех-стартапы, планировавшие создавать лекарства на базе РНК-интерференции, начали массово возникать еще в 2001 году. Пузырь инвестиций в области рос, а потом схлопнулся, поскольку никто так и не научился доставлять миРНК по адресу. В 2006-м Мелло и Файер получили за свое открытие Нобелевскую премию, технологией заинтересовались уже гранд-фармы, которые стали скупать активы, выписывая чеки на миллиарды долларов, а через несколько лет, потеряв всякую веру в успех, продавали накупленное за бесценок. Alnylam, преодолевшая последний шаг в забеге по выводу «нобелевского» лекарства на рынок, шла к этому финишу 16 (!) лет.
В планах у Alnylam еще несколько препаратов, которые сейчас находятся на разных стадиях испытаний. С их помощью предполагается лечить острую печеночную порфирию, гиперхолестеролемию, гипероксалурию и атипичный гемолитический уремический синдром. Все они являются в некотором роде болезнями накопления, то есть развиваются в результате избытка определенных веществ вне или внутри клеток. Поэтому они представляют хорошую мишень для РНК-интерференции – можно заблокировать либо синтез фермента, который их производит, либо их собственный синтез.
Alnylam не единственный участник в этой молекулярной гонке. Параллельно наращивают мощь и другие компании, разрабатывающие лекарства с миРНК внутри. Третьи же продолжают совершенствовать технологию антисмысловых РНК. Официальный сайт клинических исследований Америки полон самых неожиданных технологий на основе РНК: блокаторы деления клеток крови при лейкемии, стимуляторы иммунных клеток, модуляторы иммунного ответа на рак – чего там только нет. Можно смело рассчитывать на богатый урожай с этих РНК-полей.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru