IEn la mitología china, un astuto zorro con nueve colas simboliza la paz y la prosperidad. Xiao Wanguna bióloga química del Instituto Tecnológico de Massachusetts, se inspiró un poco en este zorro de múltiples colas. Wang y su equipo estaban interesados en sintetizar diferentes tipos de ARN, que normalmente tiene una forma lineal con una sola cola de poliA que es importante para la producción de proteínas. Esta cola es el paso limitante para la degradación del ARNm. “Nos preguntamos por qué no podemos hacer múltiples colas”, dijo Wang. “De esa manera, si perdemos una, puede haber muchas otras”.
El ARNm ganó mucha atención después de la introducción de ARN modificado vacunas durante la pandemia de COVID-19.1 Sin embargo, el ARN modificado es inestable y se traduce en proteínas de forma ineficiente, por lo que es necesario administrar dosis altas que podrían ser tóxicas para el paciente cuando se usan con fines terapéuticos. Para resolver estos problemas, Wang y su equipo desarrollaron ARNm con múltiples colas de poliA en lugar de una sola. Recientemente publicado en Naturaleza Biotecnología, Los científicos descubrieron que este ARNm ramificado dura mucho más y se traduce de manera más eficiente, allanando el camino para la próxima generación de vacunas y terapias de ARNm.2
Wang y su equipo primero estabilizaron la cola de poliA agregando algunas modificaciones para protegerla de ser masticada por las nucleasas. Para agregar múltiples colas de poliA a la columna vertebral del ARNm y crear la estructura ramificada, los científicos utilizaron Haga clic en química, que es un conjunto de reacciones utilizadas para unir dos entidades moleculares. Modificaciones adicionales ayudaron a evitar que las colas se pegaran entre sí.
Wang y su equipo descubrieron que tres colas de poliA parecían ser el punto óptimo. Si se pegaban demasiadas colas, era extremadamente difícil purificar el ARNm ramificado mediante cromatografía líquida de alto rendimiento. “Puedes imaginar que si tenemos una cierta tasa de éxito en la ligadura de una de las colas de poliA, a medida que aumenta la tasa, el rendimiento disminuye exponencialmente”, dijo.
A continuación, los científicos adhirieron un marcador fluorescente al ARNm y lo expresaron en células cultivadas para medir cuánto tiempo duraría el ARNm ramificado dentro de la célula y si los ribosomas lo traducirían. Al cuantificar el número de transcripciones de ARNm, las que estaban dentro de la célula y las unidas a los ribosomas, el equipo descubrió que la eficiencia de traducción del ARNm ramificado era aproximadamente 1,5 veces mayor que la de un control de ARNm lineal.
Estos resultados se resumieron en un modelo de ratón, donde los científicos inyectaron el ARNm ramificado (o un ARNm de control lineal) que contenía el marcador fluorescente en los ojos de los ratones. Descubrieron que el ARNm ramificado generó una señal fluorescente que era tres a cinco veces mayor que la del control alrededor de dos días después de la inyección, y que esta fuerte señal persistió en el tiempo, lo que indica que el ARNm ramificado no se estaba degradando ni traduciendo en proteína.
Para demostrar la utilidad del ARNm ramificado en un sentido terapéutico, Wang y su equipo decidieron utilizar el ARNm ramificado para mejorar el sistema de edición CRISPR-Cas9. “En el contexto de la edición del genoma, la proteína se convierte en un factor más limitante, por lo que el uso de colas de poliA adicionales para producir más proteína Cas9 será beneficioso”, dijo Wang. Cuando el equipo probó esto en un modelo de ratón, descubrieron que el ARNm ramificado condujo a un aumento de cuatro veces en la expresión de la proteína Cas9 en comparación con el control lineal y niveles significativamente más bajos de la proteína objetivo.
Estos resultados son interesantes, según Allan Jacobsonun biólogo de la Facultad de Medicina Chan de la Universidad de Massachusetts que no estuvo afiliado al estudio. “Es útil porque si se está haciendo una vacunación, se puede hacer un inóculo más pequeño”, dijo. “Y si hay alguna preocupación sobre los efectos secundarios, se están reduciendo los efectos secundarios”. Está interesado en ver cómo los científicos superan el desafío de la fabricación en masa en el futuro, dado que la fabricación del ARNm ramificado requiere un proceso de purificación prolongado.
Mientras tanto, Wang y su equipo están ampliando los límites de la modificación del ARNm con la esperanza de que algún día pueda ayudar a desarrollar mejores vacunas o terapias. “Tenemos curiosidad por encontrar las diferentes estructuras y modificaciones que la célula puede tolerar”, dijo. “Es interesante ver cómo reacciona la maquinaria de traducción al ARNm que nunca antes ha visto”.
Referencias
- Delaunay S, Helm M, Frye M. Modificaciones del ARN en fisiología y enfermedad: hacia aplicaciones clínicas. Genética nacional revolucionaria. 2024;25(2):104-122.
- Chen H, Liu D, Guo J, et al. Las colas de poli(A) ramificadas químicamente modificadas mejoran la capacidad de traducción del ARNm. Biotecnología natural.2024:1-10.