Cientistas utilizam proteína humana para fornecer medicamentos moleculares de RNA às células

Cientistas utilizam proteína humana para fornecer medicamentos moleculares de RNA às células

Pacotes ENVIAR totalmente montados

Pacotes SEND totalmente montados são liberados da célula para serem coletados para terapia genética. Crédito: McGovern Institute

Feito de componentes encontrados no corpo humano, o sistema programável é um passo em direção à entrega mais segura e direcionada de edição de genes e outras terapêuticas moleculares.

Pesquisadores de MIT, o McGovern Institute for Brain Research no MIT, o Howard Hughes Medical Institute e o Broad Institute of MIT e Harvard desenvolveram uma nova maneira de fornecer terapias moleculares às células. O sistema, chamado SEND, pode ser programado para encapsular e entregar diferentes RNA cargas. SEND aproveita proteínas naturais do corpo que formam partículas semelhantes a vírus e se ligam ao RNA, e pode provocar menos resposta imunológica do que outras abordagens de administração.

A nova plataforma de entrega funciona de forma eficiente em modelos de células e, com mais desenvolvimento, pode abrir uma nova classe de métodos de entrega para uma ampla gama de medicamentos moleculares – incluindo aqueles para edição e substituição de genes. Os veículos de entrega existentes para essas terapêuticas podem ser ineficientes e se integrar aleatoriamente ao genoma das células, e alguns podem estimular reações imunes indesejadas. SEND tem a promessa de superar essas limitações, o que pode abrir novas oportunidades para implantar a medicina molecular.


Pesquisadores do MIT, do McGovern Institute for Brain Research no MIT, do Howard Hughes Medical Institute e do Broad Institute do MIT e Harvard desenvolveram uma nova maneira de fornecer terapias moleculares às células. Crédito: Produzido pelo McGovern Institute e Opus Design em colaboração com Feng Zhang, Rhiannon Macrae e o Broad Institute.

“A comunidade biomédica tem desenvolvido uma terapêutica molecular poderosa, mas entregá-los às células de uma forma precisa e eficiente é um desafio”, disse o pioneiro do CRISPR, Feng Zhang, autor sênior do estudo, membro central do Broad Institute e pesquisador do McGovern Institute, e o Professor James e Patricia Poitras de Neurociência no MIT. “SEND tem potencial para superar esses desafios.” Zhang também é investigador do Howard Hughes Medical Institute e professor dos Departamentos de Cérebro e Ciências Cognitivas e Engenharia Biológica do MIT.

Reportando Ciência, a equipe descreve como ENVIAR (Seletiva Ee indógenoNcapsidação para celular Delivery) tira proveito de moléculas feitas por células humanas. No centro de SEND está uma proteína chamada PEG10, que normalmente se liga ao seu próprio mRNA e forma uma cápsula protetora esférica ao seu redor. Em seu estudo, a equipe projetou o PEG10 para empacotar e entregar seletivamente outro RNA. Os cientistas usaram SEND para entregar o sistema de edição de genes CRISPR-Cas9 para células de camundongos e humanas para editar genes-alvo.

O primeiro autor Michael Segel, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Zhang, e Blake Lash, segundo autor e aluno de pós-graduação no laboratório, disseram que o PEG10 não é o único em sua capacidade de transferir RNA. “Isso é o que é tão emocionante”, disse Segel. “Este estudo mostra que provavelmente existem outros sistemas de transferência de RNA no corpo humano que também podem ser aproveitados para fins terapêuticos. Também levanta algumas questões realmente fascinantes sobre quais podem ser os papéis naturais dessas proteínas. ”

Inspiração de dentro

A proteína PEG10 existe naturalmente em humanos e é derivada de um “retrotransposon” – um elemento genético semelhante a um vírus – que se integrou ao genoma dos ancestrais humanos há milhões de anos. Com o tempo, o PEG10 foi cooptado pelo corpo para se tornar parte do repertório de proteínas importantes para a vida.

Quatro anos atrás, os pesquisadores mostraram que outra proteína derivada do retrotransposon, ARC, forma estruturas semelhantes a vírus e está envolvida na transferência de RNA entre as células. Embora esses estudos sugerissem que poderia ser possível projetar proteínas retrotransposon como uma plataforma de entrega, os cientistas não tinham aproveitado com sucesso essas proteínas para empacotar e entregar cargas específicas de RNA em células de mamíferos.

ENVIAR Tecnologia Restaurando Saúde

Os pacotes SEND são introduzidos nas células doentes para fornecer mRNA terapêutico e restaurar a saúde. Crédito: McGovern Institute

Sabendo que algumas proteínas derivadas de retrotransposons são capazes de se ligar e empacotar cargas moleculares, a equipe de Zhang se voltou para essas proteínas como possíveis veículos de entrega. Eles pesquisaram sistematicamente essas proteínas do genoma humano em busca de outras que pudessem formar cápsulas protetoras. Em sua análise inicial, a equipe encontrou 48 genes humanos que codificam proteínas que podem ter essa capacidade. Destas, 19 proteínas candidatas estavam presentes em camundongos e humanos. Na linha de células que a equipe estudou, o PEG10 se destacou como um ônibus eficiente; as células liberaram significativamente mais partículas de PEG10 do que qualquer outra proteína testada. As partículas de PEG10 também continham principalmente seu próprio mRNA, sugerindo que o PEG10 poderia ser capaz de empacotar moléculas de RNA específicas.

Desenvolvendo um sistema modular

Para desenvolver a tecnologia SEND, a equipe identificou as sequências moleculares, ou “sinais”, no mRNA do PEG10 que o PEG10 reconhece e usa para empacotar seu mRNA. Os pesquisadores então usaram esses sinais para projetar o PEG10 e outra carga de RNA para que o PEG10 pudesse empacotar seletivamente esses RNAs. Em seguida, a equipe decorou as cápsulas de PEG10 com proteínas adicionais, chamadas de “fusogênios”, que são encontradas na superfície das células e as ajudam a se fundir.

Ao projetar os fusogênios nas cápsulas de PEG10, os pesquisadores devem ser capazes de direcionar a cápsula a um tipo específico de célula, tecido ou órgão. Como primeiro passo em direção a esse objetivo, a equipe utilizou dois fusógenos diferentes, incluindo um encontrado no corpo humano, para permitir a entrega da carga ENVIAR.

“Ao misturar e combinar diferentes componentes no sistema SEND, acreditamos que ele fornecerá uma plataforma modular para o desenvolvimento de terapêuticas para diferentes doenças”, disse Zhang.

Avançando na terapia genética

SEND é composto por proteínas que são produzidas naturalmente no corpo, o que significa que pode não desencadear uma resposta imunológica. Se isso for demonstrado em estudos posteriores, os pesquisadores dizem que o SEND pode abrir oportunidades para administrar terapias genéticas repetidamente com efeitos colaterais mínimos. “A tecnologia SEND complementará os vetores de entrega viral e nanopartículas de lipídios para expandir ainda mais a caixa de ferramentas de maneiras de entregar genes e editar terapias para as células”, disse Lash.

Em seguida, a equipe testará o SEND em animais e desenvolverá ainda mais o sistema para entregar a carga a uma variedade de tecidos e células. Eles também continuarão a investigar a diversidade natural desses sistemas no corpo humano para identificar outros componentes que podem ser adicionados à plataforma SEND.

“Estamos entusiasmados em continuar empurrando essa abordagem para frente”, disse Zhang. “A constatação de que podemos usar o PEG10, e provavelmente outras proteínas, para projetar uma via de entrega no corpo humano para empacotar e entregar novo RNA e outras terapias potenciais é um conceito realmente poderoso”.

Referência: “Proteína semelhante a retrovírus de mamífero PEG10 empacota seu próprio mRNA e pode ser pseudotipada para entrega de mRNA” por Michael Segel, Blake Lash, Jingwei Song, Alim Ladha, Catherine C. Liu, Xin Jin, Sergei L. Mekhedov, Rhiannon K. Macrae, Eugene V. Koonin e Feng Zhang, 20 de agosto de 2021, Ciência.
DOI: 10.1126 / science.abg6155

Este trabalho foi possível com o apoio do Simons Center for the Social Brain do MIT; Programa de Pesquisa Intramural dos Institutos Nacionais de Saúde; National Institutes of Health concede 1R01-HG009761 e 1DP1-HL141201; Howard Hughes Medical Institute; Filantropia aberta; Fundação de Caridade G. Harold e Leila Y. Mathers; Fundação Edward Mallinckrodt, Jr.; Poitras Center for Psychiatric Disorders Research no MIT; Hock E. Tan e K. Lisa Yang Center for Autism Research no MIT; Centro Yang-Tan de Terapêutica Molecular no MIT; Lisa Yang; Família Phillips; R. Metcalfe; e J. e P. Poitras.

KPUEv3iZCk

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *