Перспективы практического использования малых РНК

С открытием РНК-интерференции появились возможности создания лекарственных препаратов нового поколения. Обычно лекарства действуют на уровне конечных стадий биохимического «производства», они выключают (или «ломают») «работающие станки» (биомолекулы) или уничтожают «готовые изделия» (например, ферменты). РНК-интерференция предлагает другую стратегию: не «обезвреживать» нежелательный биохимический продукт (рискуя нарушить заодно и какой-нибудь нормально протекающий процесс), а просто «натравливать» собственный защитный механизм клетки – RISC – на определенную информационную РНК (по аналогии с цехом – «рабочие чертежи»), таким образом предотвращая образование нежелательного продукта. Достаточно сконструировать правильную si-РНК. Это выполнимая задача, поскольку геном человека «прочитан», и для некоторых болезней известны вполне определенные гены, за них ответственные.

Таблица - Сравнительная характеристика малых РНК

Характеристика	киРНК	микроРНК	пиРНК
Распространение	Растения, Drosophila, C. elegans. Не найдено у позвоночных	Эукариоты	Эмбриональные клетки животных (начиная с кишечнополостных). Нет у простейших и растений
Длина	21–22 нуклеотидов	19–25 нуклеотидов	24–30 нуклеотидов
Структура	Двуцепочечная, по 19 комплементарных нуклеотидов и два неспаренных нуклеотида на 3’-конце	Одноцепочечная сложная структура	Одноцепочечная сложная структура. U на 5’-конце, 2’- O -метилированный 3’-конец
Процессинг	Dicer-зависимый	Dicer-зависимый	Dicer-независимый
Эндонуклеазы	Ago2	Ago1, Ago2	Ago3, Piwi, Aub
Активность	Деградация комплементарных мРНК, ацетилирование геномной ДНК	Деградация или ингибирование трансляции целевой мРНК	Деградация мРНК, кодирующих МГЭ, регуляция транскрипции МГЭ
Биологическая роль	Антивирусная иммунная защита, подавление активности собственных генов	Регуляция активности генов	Подавление активности МГЭ во время эмбриогенеза

Но как же применить малые РНК на практике? В 2006 году американская фармацевтическая фирма «Sirna» провела клинические испытания первого лекарства, механизм действия которого основан на РНК-интерференции (оно называется «Sirna-027»). Показано, что «Sirna-027» помогает против возрастной макулярной дегенерации сетчатки (macular degeneration) – болезни, которая приводит к потере зрения. Полмиллиона новых случаев этого заболевания регистрируется в мире ежегодно. Болезнь заключается в том, что в центральной части сетчатки неконтролированно растут новые кровеносные сосуды, что приводит к разрушению клеток, воспринимающих свет.

Ученые идентифицировали ген, избыточная активность которого в сетчатке приводит росту кровеносных сосудов. Это ген рецептора эндотелиального фактора роста сосудов – белка, который «воспринимает» гормональный сигнал к росту. В результате, человек слепнет из-за активности своего же «нормального» и «нужного» гена, но в ненужном месте и не «на том» этапе жизни. «Sirna-027» – это специфическая микро-РНК, которая запускает механизм разрушения информационной РНК, обеспечивающей синтез рецептора эндотелиального фактора роста сосудов. Для терапевтического применения микро-РНК была химически модифицирована особым образом (дело в том, что «обычные» РНК, введенные в организм, плохо проникают в клетки и быстро разрушаются).

Сейчас, кроме лечения макулярной дегенерации сетчатки, «Sirna» выполняет программы по раку, гепатитам В и С, диабету, астме, болезни Хантингтона (прогрессирующая дегенерация нервных клеток, приводящая к инвалидности) и облысению (это пока тоже неизлечимая болезнь).

Главная проблема в области клинического применения микро-РНК – не конструирование самих молекул, специфических для определенных генов-мишеней, а их доставка в клетку. В отличие от многих обычных лекарств, молекулы РНК сравнительно большие и обладают физико-химическими свойствами, которые мешают им проходить через внешнюю мембрану клетки. Решением этой проблемы с большим или меньшим успехом занимается целая отрасль современной науки (drug delivery). Существуют две стратегии: во-первых, применение «готовых» систем доставки РНК или ДНК в клетку, получаемых из некоторых вирусов, а во-вторых, создание искусственных конструкций из молекул (например, липосом).

Работы нобелевских лауреатов Файра и Меллоу открыли дорогу к созданию универсального инструмента для целенаправленного вмешательства в проявление наследственных признаков. Инструмента, который не нарушает сами гены и не влияет на передачу генов потомству.

Значит, этические возражения снимаются. В 1-ой половине XX вв. сторонники евгеники в некоторых странах стерилизовали людей с наследственными заболеваниями. В отличие от подобных евгенических подходов, РНК-интерференция открывает перспективы «заглушения» активности нежелательных генов без какого-либо вмешательства в «святая святых» – наследственность.

Список литературы

1. биомолекула: Старокадомский П. «Обо всех РНК на свете, больших и малых»;

2. Спирин А. С. (2001). Биосинтез белков, мир РНК и происхождение жизни. Вестник РАН,71, 320–328;

3. Элементы: «Полные митохондриальные геномы вымерших животных теперь можно извлекать из волос»;

4. Fire A., Xu S., Montgomery M.K., Kostas S.A., Driver S.E., Mello C.C. (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature, 391, 806–311;

5. биомолекула: «МикроРНК впервые обнаружены в одноклеточном организме»;

6.. J. Exp. Med., 205, 585–594;

7. биомолекула: «микроРНК — чем дальше в лес, тем больше дров»;

8. Элементы: «Усложнение организма у древних животных было связано с появлением новых регуляторных молекул»;

9. Grimson A., Srivastava M., Fahey B., Woodcroft B.J., Chiang H.R., King N., Degnan B.M., Rokhsar D.S., Bartel D.P. (2008). Early origins and evolution of microRNAs and Piwi-interacting RNAs in animals. Nature, 455, 1193–1197.