CRISPR je technológia na úpravu génov, ktorá umožňuje cielené zmeny v DNA. Ale čo keby si liečba chorôb vôbec nevyžadovala prepisovanie DNA? Čo keby lekári mohli v prípade potreby jednoducho vypnúť škodlivý gén? Existuje taká možnosť?
To je sľub siRNA, čo je skratka pre „malú interferujúcu RNA“, teda pre technológiu, ktorá vedcom umožňuje dočasne umlčať jednotlivé gény.
Väčšina bežných liekov pôsobí v reťazci oveľa neskôr. Telo už vyprodukovalo proteín podieľajúci sa na chorobe a vedci sa snažia nájsť chemickú látku, ktorá sa naň môže naviazať a narušiť jeho činnosť.
Je to oveľa ťažšie, než to znie. Mnohé proteíny nemajú vhodné miesto, na ktoré by sa konvenčný liek mohol naviazať. Aj keď výskumníci nájdu sľubnú zlúčeninu, môže sa rozložiť skôr, než dosiahne svoj cieľ, zasahovať do činnosti iných proteínov alebo spôsobiť nežiaduce vedľajšie účinky.
Ilustrácia: Filip Staudinger/Štandard
Malá interferujúca RNA zasahuje ešte predtým, ako tento proteín vznikne. Gény obsahujú pokyny na tvorbu proteínov, ale bunky nevytvárajú proteíny priamo z DNA. Najskôr vytvoria dočasnú kópiu príslušného pokynu, nazývanú mediátorová RNA (mRNA). Bunka túto správu prečíta a použije ju na vytvorenie proteínu.
Túto správu siRNA zachytáva a ničí. Je navrhnutá tak, aby rozpoznala konkrétny úsek mRNA a spustila jeho zničenie. Bez tejto správy sa príslušný proteín nevytvorí.
V prípade ochorení spôsobených konkrétnym škodlivým proteínom to vytvára mimoriadnu možnosť: namiesto toho, aby sa proteín napádal až po jeho vzniku, je možné zabrániť telu, aby ho vôbec produkovalo.
Od bielych petúnií k humánnej medicíne
Tento princíp objavili biológovia takmer náhodou. V roku 1990 sa vedci v Kalifornii pokúšali získať tmavšie petúnie. Vložili dodatočnú kópiu génu podieľajúceho sa na produkcii pigmentu, pričom očakávali, že viac kópií bude produkovať viac farby. Niektoré kvety sa však namiesto toho zafarbili nabielo.
Niečo vo vnútri rastlín vyplo genetické inštrukcie zodpovedné za ich farbu. Ďalší výskum odhalil prirodzený proces, pri ktorom malé úseky RNA môžu potlačiť konkrétne genetické signály.
To, čo sa začalo ako neočakávaný výsledok experimentu s kvetmi, sa nakoniec ukázalo ako mechanizmus, ktorý by sa dal využiť v medicíne.
Teoreticky by výskumníci mohli identifikovať genetické inštrukcie na produkciu proteínu spôsobujúceho ochorenie, navrhnúť siRNA tak, aby rozpoznala príslušnú mRNA, a zabrániť tak tvorbe tohto proteínu.
Vedci, ktorí sa pokúšali vypestovať tmavšie petúnie, náhodou vytvorili biele kvety, čím pomohli odhaliť princíp fungovania siRNA. Foto: Roberto Machado Noa/LightRocket via Getty Images
Premeniť tento princíp na liek bolo oveľa ťažšie. Prvý významný klinický prelom nastal v prípade dedičnej transtyretínovej amyloidózy, zriedkavého genetického ochorenia, ktoré spôsobuje, že telo produkuje abnormálny proteín, ktorý sa môže hromadiť v tkanivách a poškodzovať nervy a srdce.
V roku 2018 americký Úrad pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) schválil patisiran, prvý liek založený na RNA interferencii. Namiesto toho, aby sa pokúsil odstrániť abnormálny proteín až po jeho nahromadení, patisiran znížil jeho produkciu tým, že potlačil signál potrebný na jeho tvorbu.
Vedci však stále čelili obrovskej praktickej prekážke: malá interferujúca RNA funguje len vtedy, ak sa dostane dovnútra správnych buniek.
RNA je krehká a v tele sa môže rýchlo rozložiť. Výskumníci spočiatku chránili siRNA tak, že ju „zabalili“ do mikroskopických tukových častíc, ktoré pomáhali pri jej prenose do buniek, čím umožnili vznik lieku patisiran.
Následne vyvinuli ešte efektívnejšiu metódu na cielené pôsobenie na pečeň. Vedci zvýšili odolnosť siRNA voči rozkladu a pripojili k nej malú cukrovú molekulu s názvom GalNAc.
GalNAc účinne funguje ako molekulárna adresná etiketa. Pečeňové bunky majú receptory, ktoré rozpoznávajú tento cukor a vťahujú pripojenú malú interferujúcu RNA dovnútra. Systém podávania tak nasmeruje liek do buniek, kde má pôsobiť.
Ilustrácia: Filip Staudinger/Štandard
Toto vylepšenie malo praktické dôsledky. Liek patisiran sa musí podávať každé tri týždne. Novšia liečebná metóda toho istého ochorenia pod názvom vutrisiran sa môže podávať raz za tri mesiace. Niektoré novšie lieky na báze siRNA si pritom vyžadujú liečbu len dvakrát ročne.
Pečeň sa tak stala určitým dôkazom účinnosti konceptu génového umlčania. Bolo schválených niekoľko liekov na báze siRNA vrátane liekov na vysoký cholesterol a zriedkavé genetické poruchy. Ďalšie sa skúmajú v súvislosti s vysokým krvným tlakom, cukrovkou a steatózou pečene.
Za hranicami pečene
Pečeň nebola prvým úspešným cieľom preto, že by bola jedinečne vhodná na génové umlčanie. Úspech spočíval skôr v tom, že výskumníci našli účinný spôsob, ako tam siRNA dostať.
Ak molekulárna „adresná nálepka“ dokáže nasmerovať siRNA do pečeňových buniek, iné nálepky by ju mohli nasmerovať do iných tkanív. Výskumníci už pracujú na systémoch dodávania zameraných na obličky, pľúca, svaly a tukové tkanivo.
Najambicióznejším cieľom je mozog. Úspešné dodanie siRNA do mozgu by mohlo otvoriť ďalšiu cestu k liečbe neurologických ochorení, pri ktorých sa ukázalo, že je mimoriadne ťažké ich liečiť konvenčnými liekmi, vrátane Alzheimerovej choroby.
Niektoré experimentálne liečby sa zameriavajú na zníženie produkcie proteínov spojených s Alzheimerovou chorobou, najmä beta-amyloidu a tau proteínu. V zásade by siRNA mohla zachytiť genetické signály používané na produkciu týchto proteínov a znížiť ich množstvo, ktoré mozog produkuje.
Problémom je hematoencefalická bariéra, ochranná hranica, ktorá bráni mnohým látkam cirkulujúcim v krvi vo vstupe do mozgového tkaniva, čo robí z neurologických ochorení jedny z najťažšie liečiteľných.
Jedným z prístupov je jej obídenie injekciou siRNA do tekutiny obklopujúcej miechu. Ďalším je vývoj molekúl schopných prekonať túto bariéru po bežnej injekcii.
Spoločnosť Arrowhead Pharmaceuticals napríklad začala ranú fázu klinických skúšok experimentálnej liečby zameranej na proteín tau, ktorý môže vytvárať abnormálne spleti v mozgoch ľudí s Alzheimerovou chorobou. Liečba je navrhnutá tak, aby sa po podkožnej injekcii dostala do centrálneho nervového systému.
Existujú však dôvody na opatrnosť. Zníženie hladiny proteínu spojeného s Alzheimerovou chorobou nemusí nutne zvrátiť už vzniknuté poškodenie ani nie je isté, či zameranie sa na jeden proteín bude stačiť na zastavenie takej zložitej choroby. Tieto experimenty však ilustrujú širšie ambície.
Vzostup programovateľnej medicíny
Práve to robí siRNA potenciálne dôležitejšou než akýkoľvek jednotlivý liek vyrobený s jej použitím.
Patrí do novej generácie „programovateľných liekov“.
Tradičný vývoj liekov si často vyžaduje, aby vedci pre každý nový cieľ začali veľkú časť procesu odznova. V prípade siRNA sa veľká časť náročnosti presúva na spôsob podania.
Hneď ako výskumníci nájdu spoľahlivý spôsob, ako dostať siRNA do konkrétneho typu bunky, môžu sa potenciálne zamerať na iný gén v týchto bunkách zmenou genetickej sekvencie, ktorú má liek rozpoznať, pričom väčšinu technológie podávania môžu ponechať nezmenenú.
Predstavte si to ako budovanie poštovej siete. Výstavba ciest, triediacich centier a doručovacieho systému je nesmierne náročná. Keď však sieť už existuje, zasielanie rôznych správ na rovnakú adresu sa stáva oveľa jednoduchším.
siRNA nie je jedinou technológiou, ktorá posúva medicínu týmto smerom. mRNA funguje takmer naopak: namiesto toho, aby zabránila tvorbe bielkoviny, môže bunky inštruovať, aby ju vyprodukovali, čo je princíp, ktorý sa stal známym vďaka vakcínam proti covidu.
Metóda CRISPR ide ešte ďalej tým, že mení samotnú DNA, čím potenciálne spôsobuje trvalé zmeny v géne.
siRNA zaujíma zaujímavú pozíciu medzi konvenčnými liekmi a trvalou úpravou génov. Nezasahuje do DNA, ale dočasne zabraňuje vykonaniu jednej konkrétnej genetickej inštrukcie.
CRISPR preukázal, že medicína dokáže upravovať genetickú príručku. siRNA naznačuje, že lekári ju nemusia vždy upravovať. Niekedy môže stačiť zabrániť bunke v prečítaní jednej konkrétnej stránky.
V prípade ľudskej pečene to už vedci dokážu. Otázkou je, koľko ďalších cieľov dokážu dosiahnuť.
Ak sa výskumníkom podarí vyvinúť spoľahlivé molekulárne „adresy“ pre tkanivá v celom tele, choroby, ktoré sa ukázali ako mimoriadne ťažko liečiteľné konvenčnými liekmi, by sa mohli stať liečiteľné úplne iným spôsobom.
Namiesto hľadania nového lieku schopného bojovať s každým škodlivým proteínom až po jeho objavení sa môže medicína čoraz viac zamerať na to, aby telo tento proteín vôbec nevytváralo. To ponúka veľkú nádej v boji proti mnohým ťažko liečiteľným chorobám.
