В поисках более эффективных методов лечения рака исследователи из Онкологического центра Сайтмена (Siteman Cancer Center) и Школы медицины Вашингтонского университета (Washington University School of Medicine) разработали синтетические молекулы, позволяющие использовать преимущества сразу двух экспериментальных стратегий, основанных на молекулах РНК.

РНК тесно связана с ДНК и играет важную роль в том, как включаются и выключаются гены. Как миРНК (малые интерферирующие РНК, small interfering RNA, siRNA), так и микроРНК (microRNA) представляют собой фрагменты РНК, модулирующие экспрессию того или иного гена или полностью подавляющие ее. Препараты для лечения рака, основанные на миРНК и микроРНК – по отдельности – уже проходят клинические испытания, но мало кто предпринимал попытки объединить эти две стратегии.

«Это предварительные данные, но мы показали, что данной концепцией стоит заниматься», – комментирует Сяовэй Ван (Xiaowei Wang), PhD, доцент кафедры радиационной онкологии в Школе медицины. «Мы пытаемся объединить две, по большому счету, отдельные области исследования РНК и воспользоваться преимуществами обеих».

Результаты исследования опубликованы в журнале RNA.

Доктор Сяовэй Ван (Xiaowei Wang) и его
коллеги разработали синтетическую молекулу,
сочетающую в себе свойства миРНК и
микроРНК. (Фото: Robert Boston)

«Мы разработали искусственную РНК, которая является комбинацией миРНК и микроРНК, – говорит доктор Ван, – и, работая с раковыми клетками, показали, что наша искусственная РНК сочетает в себе функции двух разных молекул, подавляя одновременно миграцию и пролиферацию клеток».

Для лечебных целей малые интерферирующие РНК разрабатываются с целью подавления экспрессии одного специфического гена, вызывающего рак. Молекулы миРНК чрезвычайно хорошо подавляют ген-мишень, потому что последовательность миРНК создается точно комплементарной последовательности-мишени. Отличные операторы подавления экспрессии гена, миРНК, тем не менее, обладают опасными побочными эффектами: случайно они могут подавить другие гены, экспрессия которых должна сохраняться.

миРНК вмешиваются в работу других генов, не являющихся их мишенями, имеющих последовательности в той или иной степени комплементарные их затравочной области (seed region) – короткому, но важному участку последовательности миРНК, определяющему связывание с геном-мишенью.

«Мы не можем предсказать все токсические побочные эффекты, которыми будет обладать конкретная миРНК», – продолжает доктор Ван. «Чтобы снизить побочные эффекты, мы уже пытались блокировать затравочную область, но до сих пор не пытались полностью ее заменить».

Ученые решили проверить, можно ли заменить затравочную область миРНК затравочной областью микроРНК. В отличие от миРНК, микроРНК – естественный компонент системы экспрессии генов организма. И она тоже может подавлять гены. Поэтому затравочная область микроРНК (с ее природными мишенями) может уменьшить токсические побочные эффекты, вызываемые затравочной областью искусственной миРНК. Кроме того, затравочная область микроРНК могла бы стать еще одним инструментом для выключения других генов, также вызывающих рак.

Группа Вана начала с биоинформатики: для разработки последовательностей миРНК против известного онкогена Akt1, стимулирующего неконтролируемое деление клеток, ученые использовали компьютерный алгоритм. Они выбрали последовательности миРНК против Akt1, которые имели затравочную область очень похожую на таковую микроРНК, известной своей способностью подавлять миграцию клетки. Теоретически замена затравочной области миРНК затравочной областью микроРНК должна привести к объединению функций этих молекул – одновременному снижению пролиферации клеток и ослаблению их способности к движению.

Среди более чем 1000 миРНК, мишенью которых может быть ген Akt1, было найдено только три, затравочная область которых была удивительно похожа на затравочную область микроРНК, подавляющей способность клеток к миграции.

Исследователи заменили затравочную область всех трех найденных миРНК затравочной областью этой микроРНК. Высокое сходство этих двух фрагментов необходимо, так как слишком большое изменение последовательности исходной миРНК сделает ее менее эффективной в подавлении Akt1.

Получившиеся в результате комбинированные молекулы РНК ученые назвали искусственными интерферирующими РНК (artificial interfering RNA, или aiRNA). На основе компьютерных моделей этих последовательностей были созданы «живые» aiRNA, протестированные затем на раковых клетках.

Одна из трех созданных в лаборатории искусственных РНК действительно обладала свойствами исходной миРНК и трансплантированной в нее затравочной области микроРНК. Эта aiRNA значительно подавляла деление клеток (как миРНК) и их подвижность (как микроРНК). Чтобы подтвердить состоятельность своей концепции, доктор Ван и его коллеги сделали полностью противоположное – создали aiRNA, которая делает раковые клетки как резистентными к химиотерапии, так и неспособными к движению.

Ученые, конечно, не собирались повышать выживаемость и подвижность раковых клеток. Они, по словам доктора Вана, «хотели показать, насколько гибкой может быть эта технология». Это преимущество потенциально позволяет использовать ее для лечения не только рака, но и других заболеваний.

Оригинальная статья

Rational design of microRNA–siRNA chimeras for multifunctional target suppression