Edycja RNA przyszłością genetyki?
"Przesuń się CRISPR - nadchodzi pora edycji RNA" - tak najnowsze "Nature" wieści zmianę paradygmatu w genetyce. Technika edycji DNA, znana jako CRISPR-Cas9, staje się niemal codziennością w laboratoriach. Równocześnie pierwszy zachwyt opada i naukowcy zauważają mankamenty tej technologii. I tu miejsce robi się dla opracowanych już, ale niedocenianych technik edycji RNA, które są bardziej "naturalne" i pozwalają działać lokalnie, nie zmieniając trwale kodu genetycznego.
W 2012 roku Thorsten Stafforst z Uniwersytetu Eberharda Karola w Tybindze odkrył, że poprzez dostarczenie odpowiednich enzymów do nici RNA można zmienić sekwencję cząstek informacyjnego RNA w komórce. To sposób na zmianę genetycznej instrukcji produkowania białek bez konieczności zmiany DNA. Odkrycie ma niezwykły potencjał – zarówno tam, gdzie trzeba naprawiać błędy genetyczne, jak i tam, gdzie konieczna byłaby zmiana typu lub ilości produkowanych białek.
Wydawać by się mogło, że takie odkrycie powinno poruszyć cały naukowy świat. Niestety, pomysł prof. Stafforsta przyćmiło poprzedzające go o kilka miesięcy wynalezienie techniki edycji genów CRISPR-Cas9, które na kolejnych kilka lat zajęło cały genetyczny i biotechnologiczny świat. Dzisiaj CRISPR jest już uznanym i na wiele sposobów wypróbowanym narzędziem laboratoryjnym. Lepiej niż na początku widzimy jego możliwości i ograniczenia, szczególnie jako narzędzia terapeutycznego.
Technika CRISPR przynosi czasem przypadkowe zmiany, które na stałe zostają zapisane w DNA. Bywa że osłabia też odporność całego systemu genetycznego. Edytowanie RNA nie niesie tych zagrożeń, ponieważ nie wprowadza trwałych zmian w DNA. Może zamiast tego tymczasowo zmienić produkcję białek czy też naprawić lub zatrzymać efekt niekorzystnej mutacji.
Trzeba jednak było wyczerpania się pierwszego entuzjazmu dotyczącego edycji genów, żeby nastąpił nawrót zainteresowania edytowaniem RNA. W 2019 roku jest on jednak wyraźny – ponad 400 artykułów odnotowanych w bazie Scopus opublikowano tylko w tym roku. Pojawiają się też pierwsze start-upy, świadczące usługi powiązane z tą nową technologią, wykorzystujące ją w terapiach wielu różnych schorzeń, od chorób genetycznych po chroniczny ból.
Edycja RNA
Wszystko zaczęło się od zaskakującego odkrycia pewnego enzymu, który zmienił myślenie o relacji DNA i RNA. Przekonania genetyków o sposobie ekspresji genów oparte było zawsze o założenie, że to co zakodowane jest w DNA, jest wiernie przekazywane (transkrybowane) przez informacyjne RNA (mRNA) do produkcji białek. Jednak w latach 80-tych badacze zauważyli, że pewne transkrypcje mRNA zawierają informacje, które nie były zawarte w przekazie DNA. Z czasem okazało się, że za tę zmienność odpowiedzialna jest rodzina enzymów określanych jako ADAR (ang. adenosine deaminases acting on RNA). ADAR zmienia jeden z nukleozydów, zwany adenozyną, w inny, zwany inozyną, nieznany komórkom produkującym białka i odczytywany przez nie jako jeszcze inny związek.
Naukowcy długo nie potrafili zrozumieć, jaki jest cel tego zamieszania. Przypuszczali między innymi, że jest to sposób – nie do końca skuteczny – obrony przed wirusami, albo reakcja kontrolna organizmu na potencjalne problemy odpornościowe. Badania na myszach pokazały, że ADAR odgrywa jakąś – ale znów nie dookreśloną – istotną rolę w rozwoju prenatalnym: embriony myszy pozbawione tego enzymu nie dożywały porodu, a jeśli nawet, to myszy umierały niedługo po porodzie.
Od obserwacji procesów odbywających się naturalnie do pierwszych prób wykorzystania tego procesu przeszli badacze z University of Puerto Rico in San Juan. Zespół biologa morskiego dr Joshuy Rosenthala, zajmujący się głowonogami, takimi jak mątwy czy ośmiornice, zauważył, że zwierzęta te używają edycji RNA do ulepszenia połączeń nerwowych. To niespotykane wcześniej zjawisko pobudziło badaczy do refleksji – czy laboratoryjne próby odziaływania na mRNA przez ADAR nie mogły by zostać wykorzystane w terapeutycznie do naprawy działania dysfunkcyjnych genów.
Badania zespołu Rosenthala, podobnie jak badania Stafforsta, nie zostały jednak docenione przez świat nauki w momencie publikacji ich wyników. Opanowanie edycji RNA może nie dawać wrażenia takiej rewolucji, jaką jest kontrolna nad zmianami w DNA. To ostatnie jest przecież postrzegane jako kod, w którym zapisany jest projekt nas samych. Każda, najmniejsza nawet, zmiana DNA jest w pewnym sensie uznawana za zmianę człowieka i pewnie dlatego jest tak często etycznie podważana. Tymczasem RNA jest tylko przekaźnikiem.
A jednak, jak twierdzą redaktorzy „Nature” siła oddziaływania technologii edycji RNA zaczyna być coraz lepiej widoczna. Największe korzyści i przewaga nad popularną metodą edycji DNA są dwie: brak ingerencji ciał obcych i ograniczoność (czasowa i przestrzenna) zmian. To pierwsze – ma niebagatelne znaczenie dla układu immunologicznego. Technologia CRISPR-Cs9 polega przecież na wprowadzeniu do organizmu obcej bakterii i nie trudno wyobrazić sobie, że w takiej sytuacji nie mamy pewności, jak długofalowo zareaguje organizm. Tymczasem ADAR to ludzkie białko i stąd zagrożenie blokady immunologicznej jest znacznie mniejsze.
Druga korzyść: trwała zmiana nie zawsze jest dobra. Często trzeba tylko czasowo zatrzymać albo inaczej pokierować jakimś procesem, a czasami działać należy tylko na wybranej cesze danego genu, nie naruszając jego innych funkcji. Często wystarczy też zmienić ekspresję genu tylko w jednej komórce czy w jednym miejscu i to właśnie umożliwia edycja RNA.
Wspominany już dr Rosenthal pracuje teraz nad kontrolą transmisji genu Nav1.7, który odpowiada za przesyłanie do mózgu sygnałów bólowych. „Wyłączenie” tego genu byłoby dla organizmu czymś nieprzewidywalnie niebezpiecznym, mogłoby rozregulować cały układ nerwowy. Ale lokalne i ograniczone czasowo wyłączenie jego działania może sprawić, że podczas kuracji nie trzeba będzie „faszerować” pacjenta dużą dawką leków przeciwbólowych (które niszczą organizm, na które może być uczulony itp.).
Inne badania medyczne – obecnie na etapie badań laboratoryjnych lub testów na zwierzętach – dotyczą m.in. cholesterolu, dystrofii mięśniowej i przede wszystkim onkologii – kilku typów raka i białaczki.
Technika edycji RNA jest jeszcze w powijakach – bardzo daleka od doskonałości. Ale, jak prorokują redaktorzy „Nature” może się okazać, że przyszłość badań genetycznych będzie miała częściej oblicze RNA niż DNA.
Zachęcamy do lektury całego artykułu na portalu „Nature”:
Sara Reardon, Step aside CRISPR, RNA editing is taking off. Nature 578, 24-27 (2020). Doi: 10.1038/d41586-020-00272-5
