Modificările de secvență ajută ARNm modificat să evite erorile de producere a proteinelor
Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Științe Multidisciplinare din Göttingen, Germania, conduși de Marina Rodnina și Panagiotis Poulis, au descoperit un aspect important al modului în care ARNm modificat este tradus în proteine. Studiul lor, publicat în Nature Communications, arată de ce ribozomii pot aluneca ocazional într-un cadru de citire greșit atunci când traduc ARNm modificat și cum aceste erori pot fi evitate în mare măsură prin proiectarea secvenței de ARNm.
Celulele noastre produc proteine citind ARN mesager (ARNm) câte trei „litere” o dată. Fiecare grup de trei litere, numit codon, specifică un aminoacid în proteină. Vaccinurile cu ARNm folosesc același mecanism: livrează ARNm sintetic care instruiește celulele să producă o proteină virală, recunoscută apoi de sistemul imunitar.
O caracteristică cheie a vaccinurilor actuale cu ARNm este că blocurile naturale de construcție ale ARNm, uridina (U), sunt înlocuite cu o versiune modificată, N1-metilpseudouridina. Această modificare reduce activarea imunitară nedorită și promovează producția eficientă de proteine. Totuși, poate afecta și modul în care ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm. La anumite secvențe, ribozomul poate aluneca ocazional înainte cu o literă, schimbând modul în care sunt citite toate codonele ulterioare și producând o proteină nedorită.
Mecanismul din spatele deplasării cadrului de citire
Pentru a descoperi mecanismul, cercetătorii au combinat experimente în celule umane cu un sistem de traducere in vitro complet reconstituit, permițându-le să identifice unde și când alunecă ribozomul. Folosind microscopia de fluorescență cu o singură moleculă, au putut urmări ribozomii individuali în timp real și observa cum ARN-urile de transfer (ARNt), care citesc codonele și livrează aminoacizii corespunzători, se mișcă în timpul deplasării cadrului de citire.
Aceasta a dezvăluit declanșatorul exact: N1-metilpseudouridina destabilizează interacțiunea ARNt cu ARNm pe ribozom, făcând mai probabilă deplasarea cu un nucleotide în cadrul de citire greșit.
O soluție prin proiectarea codonilor
„Important este că deplasarea cadrului de citire apare doar la anumite secvențe de ARNm — și acestea pot fi evitate”, spune Poulis. De exemplu, cercetătorii au identificat UUU C ca secvență alunecoasă atunci când U este înlocuit cu N1-metilpseudouridina. Schimbarea secvenței fără modificarea proteinei codificate, de exemplu din UUU C în UUC C, a eliminat aproape complet deplasarea cadrului de citire.
„Studiul nostru oferă un set de reguli pentru proiectarea vaccinurilor și terapiilor cu ARNm”, spune Poulis. Prin evitarea secvențelor care promovează deplasarea cadrului de citire, dezvoltatorii pot reduce produsele de traducere nedorite, păstrând în același timp beneficiile ARNm modificat.
Principiul se extinde dincolo de vaccinurile anti-COVID-19 la alte aplicații bazate pe ARNm, inclusiv vaccinuri împotriva altor boli infecțioase și vaccinuri personalizate împotriva cancerului.
„Când selectăm modificări pentru ARNm terapeutic, trebuie să luăm în considerare două aspecte: cât de eficient reduc activarea imunitară nedorită și cât de fidel este tradus ARNm”, explică Rodnina. Înțelegerea modului în care ARNm modificat afectează ribozomul oferă astfel o bază moleculară pentru proiectarea următoarei generații de vaccinuri și terapii cu ARNm.
