Molekularne mechanizmy warunkujące selektywną inhibicję

Anna Stroynowska-Czerwińska
Instytut Chemii Bioorganicznej, Polska Akademia Nauk
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Molekularne mechanizmy warunkujące selektywną inhibicję
zmutowanych
genów, powodujących choroby poliglutaminowe
Wstęp:
Choroby
poliglutaminowe
neurodegeneracyjnymi,
(m.in.
nieuleczalnymi
choroba
chorobami
Huntingtona)
genetycznymi,
są
progresywnie
dziedziczącymi
się
w sposób autosomalny dominujący. Jak dotąd scharakteryzowano 9 zaburzeń, zaliczających
się do tej grupy. Są one spowodowane mutacją, polegającą na ekspansji ciągów powtórzeń
trójnukleotydowych (CAG)n w obrębie regionu kodującego białko. W rezultacie zmutowany
produkt ekspresji charakteryzuje się wydłużonym fragmentem poliglutaminowym, skąd
pochodzi nazwa tej grupy chorób. Są to choroby rzadkie, których patogeneza polega na
uzyskiwaniu nowych funkcji (ang. gain-of-function) zarówno przez nieprawidłowy transkrypt
jak i białko. Szczególnie wrażliwe są komórki neuronalne, które na skutek patomechanizmów
ulegają powolnej degeneracji, powodując stopniowe uszkadzanie ośrodkowego układu
nerwowego. Ze względu na progresywny charakter choroby, objawy pojawiają się zazwyczaj
dopiero w średnim wieku, kiedy nieświadomi pacjenci mogą zdążyć przekazać zmutowany
gen potomstwu.
Obecnie są opracowane stosunkowo łatwe i szybkie metody diagnostyki molekularnej,
ale niestety nie opracowano jeszcze żadnej terapii ani leku spowalniającego rozwój tych
chorób. Jedynym dostępnym rozwiązaniem jest stosowanie leczenia objawowego, np.
antydepresantów. Dla chorych oznacza to życie ze
świadomością powolnej śmierci. O
trudności takiej sytuacji może świadczyć istnienie grup wsparcia dla rodzin, borykających się
z tymi chorobami, zarówno w Polsce (np. Wielkopolska Grupa Wsparcia) jak i na świecie (np.
Huntington’s Disease Youth Organization, HDYO).
Od czasu zidentyfikowania mutacji powodującej chorobę, naukowcy pracują nad
efektywną metodą leczenia. Jedna z nich, zwana technologią interferencji RNA (RNAi),
opiera się na naturalnych mechanizmach komórkowych, wywołujących wyciszanie ekspresji
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
wybranych genów poprzez degradację transkryptu za pomocą syntetycznych, krótkich,
w pełni komplementarnych do sekwencji celowanej oligonukleotydów siRNA. Jednocześnie
prowadzone są badania nad wykorzystaniem innego rodzaju oligonukleotydów – naturalnych
miRNA, których cechą charakterystyczną jest występowanie niesparowań pomiędzy
sekwencją miRNA i mRNA oraz wyciszenie ekspresji na poziomie deadenylacji i degradacji
transkryptu i/lub inhibicji translacji.
Cele naukowe projektu:
W ramach projektu dotyczącego mojej pracy doktorskiej badam molekularny
mechanizm działania syntetycznych miRNA-podobnych siRNA, które są potencjalnymi
terapeutykami dla chorób poliglutaminowych. Sekwencja tych oligonukleotydów to
kilkukrotnie powtórzony motyw CUG, zawierający pojedyncze substytucje. Umożliwia to
celowanie i wiązanie się z wydłużonymi ciągami powtórzeń CAG, w nie pełni
komplementarny sposób. Dzięki powstającym niesparowaniom pomiędzy siRNA oraz
transkryptem, obserwujemy miRNA-podobny mechanizm regulacji ekspresji genów.
Podobnie do miRNA badane oligonukleotydy wykazują silniejszy efekt wyciszania
w przypadku obecności dłuższej, powtórzonej sekwencji docelowej. Ta obserwacja ma
bezpośrednie przełożenie na obserwowaną allelo-selektywność, tzn. silniejsze wyciszenie
ekspresji allelu zmutowanego w porównaniu do allelu normalnego. Jest to bardzo pożądany
efekt, ponieważ prawidłowy allel (potrzebny do prawidłowego funkcjonowanie komórki) ulega
niezmienionej lub nieznacznie zmienionej ekspresji podobnie jak inne geny zawierające
powtórzenia CAG, np. TRBP. Dzięki temu obserwuje się mniejszą cytotoksyczność miRNApodobnych siRNA (przez ograniczenie niespecyficznego wyciszania znanego jako zjawisko
off-target).
Możliwości praktycznego wykorzystania wiedzy:
Dokładna analiza mechanizmu działania badanych oligonukleotydów dostarczy nowych
informacji na temat procesów regulacji ekspresji genów w komórkach ludzkich oraz cennych
wskazówek
na
temat
projektowania
bardziej
wydajnych
i
specyficznych
siRNA,
zawierających niesparowania z sekwencją docelową. Mamy nadzieję, że uzyskane wyniki
pozwolą nam otrzymać dokładne informacje na temat czynników determinujących
efektywność działania miRNA-podobnych siRNA. Dzięki temu, można będzie precyzyjniej i
skuteczniej projektować oligonukleotydy o pożądanych cechach terapeutycznych.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego