Если инструкция к созданию какого-либо объекта не верна, что можно сделать? Например, это происходит в организме людей с генетическими заболеваниями, когда мутации в структуре ДНК приводят к образованию дефектных белков. Однако новый метод поможет клеткам решить эту проблему, а также будет полезным при лечении болезней, например, муковисцидоза, сообщает New Scientist.

В наших генах находятся рекомендации к созданию белков. Каждая трехбуквенная последовательность в ДНК, известная как кодон, определяет, какую аминокислоту стоит добавить к наращиваемой цепи аминокислот для создания белков. Это происходит до тех пор, пока последовательность не доходит до кодона, который сигнализирует о прекращении построения цепи.

Однако в некоторых случаях мутации в структуре ДНК создают стоп-кодон в неправильном месте. Одна единственная мутация может урезать белок длиной в 100 аминокислот до белка в 15 аминокислот, что делает цепь абсолютно бесполезной. Такие мутации известны как нонсенс-мутации, и они вызывают до 10% всех генетических заболеваний.

Игнорируя стоп-сигнал

Существуют способы игнорирования преждевременных стоп-кодонов. Первый подход был предложен в 1980-е годы, однако возможность его осуществления появилась только сейчас. Основное внимание обращается на тРНК – молекулу, которая распознает кодоны во время трансляции (создания белковой цепи) и присоединяет нужную аминокислоту к цепи.

Можно создать искусственные тРНК, которые бы распознавали стоп-кодоны и, вместо того чтобы останавливать процесс создания белка, присоединяли бы нужную аминокислоту для продолжения цепочки.

В 2014 году Карла Оливейра вместе с командой ученых из Университета Порту в Португалии возобновили процесс создания здорового белка в клетках с мутациями, приводящими к наследственному раку груди и желудка. Единственно возможным решением для людей с подобными заболеваниями является удаление пораженных органов.

На данный момент Кристофер Ахерн и его коллеги из Айовского университета используют искусственные тРНК для возобновления трансляции в клетках с мутациями, приводящими к муковисцидозу.

Переправление в клетку

Команда Ахерна, как и команда Оливейра, проводили эксперименты в чашке Петри, однако в дальнейшем подобная терапия может заменить существующие методы лечения людей, страдающих от муковисцидоза. «Если мы повторим эксперимент в легких, это поспособствует выздоровлению», - поделился Ахерн.

По мнению ученого, в будущем лечение вышеупомянутого заболевания станет возможным благодаря замене мутировавшего гена. Однако «доставка» длинной нуклеотидной последовательности гена в легкие для генной терапии является непростой задачей.

Искусственные тРНК значительно меньше, а значит, совершенствовать методы лечения можно будет гораздо быстрее.

Будучи внутри клетки, искусственные тРНК вступают в конфликт с белками, прикрепленными к стоп-кодонам. Это значит, что тРНК не будут исправлять каждую цепь, созданную дефектным геном, однако смогут удлинить хотя бы часть из них, что будет достаточно для того, чтобы добиться положительных сдвигов, ведь в случае со многими генетическими заболеваниями даже низкий уровень белка может существенно повлиять на ситуацию.

«Думаю, это замечательно», - поделился Малколм Бродли из Ньюкаслского университета. Он также занимается исследованием муковисцидоза и лечением пациентом, страдающих от данного заболевания в одной из больниц Ньюкасла. Однако он подчеркнул, что, хотя команде Ахерна удалось воспроизвести правильную последовательность аминокислот, это не значит, что белки будут нормально функционировать.

Состязаясь с кодом

Безопасно ли вот так вмешиваться в работу генетического кода? Существует опасность, что искусственные тРНК будут мешать функционированию правильных стоп-кодонов, создавая хаос в других цепочках.

Данные, полученные при различных исследованиях, предполагают, что искусственные тРНК безопасны. «Известно, что введение тРНК в организм животных дало положительные результаты», - сообщил Джейсон Чин из Кембриджского университета. Его команда использует данную методику для расширения генетического кода у таких животных, как черви и плодовые мушки.

Уже проводились испытания лекарственных соединений, препятствующих присоединению преждевременных стоп-кодонов. Самое совершенное лекарство – аталурен – оказалось надежным, но, к сожалению, малоэффективным. Ранее в этом году США не дали свое разрешение на использование препарата для лечения мышечной дистрофии Дюшенна.

Искусственные тРНК должны быть более эффективными, в частности, потому что полученные цепи являются нормальными. В случае с вышеназванными препаратами в последовательности либо не хватает аминокислоты, либо имеется неподходящая замена в конечном белке.

Любая терапия, основанная на данном подходе, появится ещё не скоро, предупреждает Бродли, хотя бы потому что искусственные тРНК труднее доставить в клетку, чем обычные лекарства. По мнению Ахерна, эта область исследований активно развивается. «Системы доставки становятся доступными», - заключил ученый.