«Регуляторные элементы»: доктор биологических наук — о диагностике и перспективах лечения онкологии с помощью микроРНК

— Дмитрий Владимирович, недавно учёные из США и Ирландии разработали гидрогель на основе гиалуроновой кислоты с наночастицами, содержащими микроРНК. Гидрогель вводят в район опухоли, и он медленно высвобождает микроРНК, которая подавляет рост опухоли. Насколько это перспективное направление исследований?

— Речь идёт об одном из способов доставки специфических микроРНК в очаг патологии, где они постепенно высвобождаются из гидрогеля и начинают инактивировать онкогены, участвующие в процессе. Но в статье указано, что это комбинированная терапия с использованием химиопрепаратов. Отмечу, что продолжительность жизни подопытных мышей увеличилась с 24 дней лишь до 32 — не слишком впечатляющий результат. К тому же пока неизвестны отдалённые последствия такой терапии. Известно, например, что одни и те же микроРНК могут функционировать как онкогены в одних типах опухолей и как супрессоры — в других.

Учитывая, что остеосаркома — высокоагрессивный рак кости, в основном поражающий детей и подростков, с моей точки зрения, возможно, лучше провести ампутацию, заменив конечность бионическим протезом, чем рисковать с экспериментальными методиками лечения.

— Если про ДНК и кодирующие РНК известно уже очень давно, то микроРНК были открыты только в 1993 году. Расскажите, пожалуйста, что представляет собой эта часть генетического механизма, какие функции в организме выполняет?

— Гены микроРНК являются неотъемлемой составной частью генома, как и белок-кодирующие гены. Геном человека содержит порядка 24 тыс. генов, кодирующих различные белки, и не менее 5 тыс. генов, кодирующих микроРНК.

МикроРНК состоят из 19—25 нуклеотидов — эта конфигурация процессируется (образуется. — RT) из коротких цепочек в 70—100 нуклеотидов. МикроРНК очень консервативны, хотя мутации возможны. Их основная функция заключается в репрессии трансляции матричной РНК, то есть в блокировании синтеза белков. Это явление называется РНК-интерференция, его открытие было в 2006 году отмечено Нобелевской премией.

• Gettyimages.ru
• © koto_feja

Каждая микроРНК способна регулировать работу не менее 200 генов. Многие гены имеют сайты связывания (участки макромолекулы, специфично связывающиеся с другими молекулами. — RT) для нескольких разных микроРНК. В целом микроРНК регулируют работу не менее 30% генов. РНК-интерференция является составляющей частью эпигенетической регуляции экспрессии генов. МикроРНК вовлечены во все клеточные процессы, в том числе и в метилирование ДНК (эпигенетическое регулирование генома. — RT), функциональные модификации белков и белковых комплексов.

— Информация, кодирующая микроРНК, содержится в той части ДНК, которую прежде считали чем-то вроде бесполезного балласта. Получается, что особенности работы микроРНК передаются наследственно? Насколько изучен этот процесс, есть ли, например, генетические заболевания, связанные именно с микроРНК?

— Да, ранее считалось, что основная масса генома, которая не кодирует белки, — балласт. Но в природе нет ничего бессмысленного, просто мы очень многого не знаем. Человек покоряет космос, изучает морские пучины, но при этом мы очень мало знаем о своей биологии, функционировании генома и эпигенома, взаимодействиях на уровне ДНК, РНК, белков — о всём том, что сегодня наука собирательно называет омиксным регулированием организма.

Процесс РНК-интерференции и его нюансы изучены на сегодняшний день очень хорошо, однако учёные постоянно ищут новые микроРНК, а также исследуют функциональные взаимосвязи микроРНК с ДНК, кодирующими и некодирующими РНК, а также белковыми комплексами.

Также по теме

«Гибкий интерфейс между геномом и окружающей средой»: российский биолог — об эпигенетическом регулировании организма

Помимо генома, каждый организм располагает эпигенетическими механизмами, которые позволяют активировать нужные участки ДНК в ответ на...

Как я упомянул выше, микроРНК в эволюционном плане очень консервативны, поэтому наследственная передача этой части генома не вызывает сомнений. За исключением каких-то отдельных мутаций, в целом особенности работы микроРНК передаются от поколения к поколению.

Что касается заболеваний, то напрямую микроРНК с ними не связаны, но при этом являются непременными участниками различных патологических процессов, таких как онкологические, неврологические и нейропсихические, аутоиммунные, эндокринные и др. За счёт этого анализ микроРНК позволяет определить вариант заболевания, тяжесть течения, прогноз, эффективность лечения, причём персонализированного.

— В чём различия между микроРНК и другими некодирующими РНК в их функциях и механизме действия?

— МикроРНК — самый простой класс некодирующих РНК, они маленькие по размерам и, соответственно, по функциям. Есть ещё несметное количество малых, средних, длинных некодирующих РНК, выполняющих свои функции на различных этапах развития организма и в разных условиях.

Производные транспортных РНК (tsРНК) образуются в различных стрессовых условиях. Они участвуют во множестве молекулярных процессов, таких как модификация РНК, регуляция генов, синтез белка, а также в регуляции деления клеток и ответе на стресс. Их аномальная экспрессия обнаруживается при различных заболеваниях, таких как патологические нарушения в результате стресса, многочисленные виды рака, вирусная инфекция и нейродегенеративные заболевания. Гетерогенность и стабильность tsРНК позволяют им быть хорошими биомаркерами для диагностики и прогноза рака и других заболеваний, таких как остеоартрит, остеопороз, болезни Паркинсона, Альцгеймера, рассеянный склероз.

• Gettyimages.ru
• © Westend61

Кольцевые РНК были впервые обнаружены в 1979 году, но тогда мало заинтересовали учёных. А недавно было открыто, что кРНК могут, как губки, удерживать в себе микроРНК, блокируя их активность. Также кольцевые РНК способны транслироваться (превращаться. — RT) в короткие белковые молекулы, пептиды, а кроме того, воздействовать на ДНК — регулировать работу некоторых генов.

Кольцевых РНК особенно много в головном мозге, они свободно циркулируют в плазме крови. Наличие и количество некоторых кольцевых РНК в плазме крови также можно использовать в качестве биомаркеров для диагностики и определения стадии некоторых заболеваний, включая онкологические.

Также по теме

«Переход на новый промышленный уклад»: член-корреспондент РАН — о развитии генных технологий в России

Для роста численности кадров в сфере генных технологий нужно в первую очередь ввести такую специализацию в российских вузах. Кроме...

Длинные некодирующие РНК (днРНК), которых уже определёно больше, чем белок-кодирующих генов, имеют большую клеточную специфичность, чем белки, и действуют как регуляторные элементы во многих сложных процессах, включая рост клеток и их дифференцировку (специализацию. — RT), апоптоз, репрограммирование стволовых клеток, контроль клеточного цикла, ответ на тепловой шок, а также поддержание целостности клеточной структуры. Кроме того, они способны регулировать синтез и деградацию матричных РНК, которые обеспечивают работу генома. Являются очень ценными биомаркерами различных патологических процессов.

— Каких типов препараты на основе микроРНК уже есть в мире и в России? От каких заболеваний они лечат и насколько эффективно по сравнению с традиционной терапией?

— Пока в мире нет ни одного зарегистрированного препарата на основе микроРНК, хотя исследования активно ведутся. Сейчас за рубежом проходит разработка ряда таких лекарств. Например, есть две разработки, нацеленные на лечение гепатита С — Миравирсен и RG-101. Оба препарата представляют собой модифицированные молекулы РНК, способные блокировать в печени человека микроРНК miR-122, которая необходима вирусу гепатита для репликации. Разработки показали хорошую эффективность, Миравирсен даже прошёл вторую фазу клинических испытаний. А вот работа над RG-101 приостановлена из-за ряда серьёзных побочных эффектов.

Велась также разработка препаратов на основе микроРНК для лечения неалкогольного стеатогепатита (поражение печени, связанное с жировой дистрофией, фиброзом и воспалением. — RT) и холестатических заболеваний, но эти исследования тоже были приостановлены.

• Gettyimages.ru
• © SEBASTIAN KAULITZKI/SCIENCE PHOTO LIBRARY

При фиброзных заболеваниях в организме снижается синтез микроРНК семейства miR-29, которые в норме блокируют излишнее накопление соединительных тканей. Уровень miR-29 можно восстановить с помощью препарата Ремларсен (MRG-201), который сейчас также проходит клинические испытания. Подобный подход в будущем может быть применён и в терапии онкологии. Например, препарат Mesomir способен заместить микроРНК miR-16, синтез которой в организме подавляется при различных видах рака.

Также по теме

Увеличение в сотни раз: российские биологи создали методику прицельной активации генов

Российские учёные разработали искусственную молекулу, которая способна запускать работу «спящих» генов. Этого удалось добиться,...

МикроРНК miR-92 препятствует образованию в тканях новых сосудов, прекратить её выработку в перспективе будет способен препарат MRG-110. Это поможет вылечить такие ишемические состояния, как сердечная недостаточность. Этот препарат пока тоже не получил регистрацию и проходит клинические испытания. Разрабатываются также препараты на основе микроРНК для лечения болезни Крона и язвенного колита.

В России тоже ведётся работа в этом направлении. В лаборатории молекулярной генетики сложно наследуемых заболеваний МГНЦ им. академика Н.П. Бочкова уже разработано новое лекарственное средство для терапии рака толстой кишки на основе малых интерферирующих РНК. Проведённые доклинические исследования продемонстрировали его высокую эффективность и низкие токсичность, иммуногенность и мутагенность.

— Какие основные сложности возникают при создании микроРНК препаратов? Например, верно ли, что синтезированные искусственно микроРНК разрушаются в клетке под воздействием ферментов? Удалось ли учёным решить эту проблему?

— На самом деле малые РНК много более устойчивы, чем матричная РНК. В микроРНК-препаратах применяются синтетические олигонуклеотиды, они вполне выдерживают комнатную температуру и могут достаточно долго сохраняться в организме. Однако есть сложности с адресной доставкой таких соединений к патологическому очагу. Терапевтические препараты на основе нуклеиновых кислот плохо проникают через клеточную мембрану. Для транспортировки таких соединений внутри организма применяются разные подходы: с помощью наноразмерных носителей, вирусной трансдукции (перенос генетического материала от клетки к клетке с помощью вирусов. — RT) и т. д.

• Gettyimages.ru
• © SCIEPRO/SCIENCE PHOTO LIBRARY

— Можно ли микроРНК использовать для диагностики или прогнозирования заболеваний? Существуют ли такие тесты в медицинской практике?

— Да, такие диагностические и прогностические системы уже есть, и не только на основе микроРНК, но и других некодирующих РНК. Данные о циркулирующих в крови или других биологических субстанциях организма РНК позволяют диагностировать различные типы злокачественных образований. Так, есть специальные панели для выявления первичного рака неизвестного происхождения, для выявления рака щитовидной железы. Клинические испытания проходит диагностическая система на основе анализа микроРНК для раннего выявления болезни Альцгеймера и т. д. Не все из разрабатываемых систем диагностики получили сертификацию, но некоторые инструменты уже есть в распоряжении медиков.