Hvordan gendæmpning kan give helbredelser

Evnen til selektivt at dæmpe gener gennem en teknik kaldet RNA-interferens (RNAi) har revolutioneret biologien. Når forskere giver en celle i laboratoriet en dobbeltstrenget RNA-kopi af et specifikt gen, vil cellen forhindre dens oprindelige kopi af det gen i at blive udtrykt. Forskere kan nu studere funktionen af ​​ethvert gen ved at dæmpe det med RNAi og derefter overvåge, hvordan en celles operationer påvirkes. Behandlinger, der er afhængige af teknikken til at bekæmpe sygdomme såsom makuladegeneration, er i øjeblikket i kliniske forsøg (se RNAi-terapier under udvikling ).

RNA-interferens blev først opdaget af Andrew Fire og Craig Mello gennem deres arbejde med C. elegans-orme, vist ovenfor. (Kredit: James King-Holmes / Science Photo Library)

RNAi blev første gang observeret i petunia-planter i 1990 af forskere ved DNA Plant Technology Corporation i Oakland, Californien, men på det tidspunkt vidste de ikke, hvordan eller hvorfor det skete. I 1998, videnskabsmænd ledet af Andrew Fire , nu professor i patologi og genetik ved Stanford Medical School, og Craig Mello , nu professor i molekylær medicin ved University of Massachusetts Medical School, karakteriserede mekanismen for gendæmpning. Deres omhyggelige eksperimenter på orme viste, at dobbeltstrenget RNA er nøglespilleren. Der var en masse uforklarlige fænomener, som vi begyndte at lægge som et puslespil, der lignede en ren RNA-historie, siger Fire. Parret vandt 2006 Nobelprisen i fysiologi eller medicin for deres arbejde i 1998 med RNAi.

RNAi forekommer naturligt, siger Fire, og er et af cellernes værktøjer til at regulere genekspression. Fænomenet ser ud til at spille en rolle i bekæmpelsen af ​​virusinfektioner og kan også være involveret i de molekylære ændringer, der får celler til at blive kræft. Teknologigennemgang talte med Andrew Fire om RNAi's potentiale til behandling og om hans nuværende arbejde med, hvordan gendæmpning er impliceret i sygdomme som kræft.

Teknologigennemgang : Hvordan virker RNA-interferens generelt?

Andrew Fire: Mekanismen involverer grundlæggende genkendelse og respons. Når en celle ser dobbeltstrenget RNA, er dens første reaktion at skære det op i stykker, hvilket er forståeligt, da dobbeltstrenget RNA er en karakteristisk struktur, når vira replikerer. Hvis cellen ser det, er det en god idé at hugge det op. Men cellen går et skridt ud over det. Den vil ikke kun hakke tingene op, men den vil gerne ud og finde noget, der ligner det, i tilfælde af at den savner noget RNA, der har fundet vej til at blive enkeltstrenget (cellen har ikke så let en tid til at genkende skadeligt enkeltstrenget RNA). Så cellen tager de RNA-stykker, der er blevet skåret op, og den leder efter ting, der ligner hinanden. Hvis den finder noget, skærer den det op. Det er ikke kun, at det hugger et truende molekyle op, men det bruger derefter den information til at gå efter ting, der ser sådan ud, for at sikre, at det ikke bliver ofre for en sekvens, der kommer fra dobbeltstrenget RNA-dobbeltstrenget RNA være en indikator for cellen, at et RNA-molekyle replikerer, fordi det er, når det ville gå gennem dobbeltstrenget form.

RNAi-terapier under udvikling
Sygdom Udviklingsstadium FirmaMakuladegeneration Går ind i fase II kliniske forsøg i år Sirna, Acuity Respiratorisk syncytialvirus (lungeinfektion) Går ind i fase II kliniske forsøg AlnylamViral hepatitis Ansøgning om at begynde kliniske forsøgSirnaParkinsons sygdom Præklinisk forskningAlnylam

BØRN : Tror du, at RNA-interferens opstod som en måde at bekæmpe vira på?

AF : De fleste mennesker i feltet ville acceptere forslaget - fra folk, der arbejder i fabrikker i starten, ikke os - om, at dette er et antiviralt system. Det er lidt mindre klart i pattedyrsystemer, men jeg tror, ​​det også vil være sandt. En af funktionerne i hele [RNAi]-systemet er antiviral, men der er sikkert også andre funktioner, og vi vil gerne lære om disse funktioner i orme.

BØRN : Er du involveret i nogen af ​​de startups, der udvikler RNA-interferensterapi?

AF : Kun som cheerleader. Jeg har ikke nogen direkte involvering, men jeg kender en flok af folkene hos Alynylam, Sirna, Isis og et par andre involverede virksomheder. Jeg har nydt at se dem. Folk involveret i disse virksomheder har været meget forsigtige med, hvad de siger, fordi det ikke er klart, om det kommer til at virke næste år, om det første forsøg eller det femtende forsøg vil virke, hvor mange gange vi skal gå tilbage til laboratorium for et givet mål eller en given sygdomsapplikation for virkelig at finde ud af tingene mere. Jeg tror, ​​at både den tekniske side og de finansielle folk er klar over, at det skal være et langsigtet projekt, der måske kan bære frugt på kort sigt, men som sandsynligvis vil være noget, der vil fungere på lang sigt.

Princippet er meget godt. Hvis du kunne få RNA til målet, kunne du få nogle virkelig seje terapier. Ikke at du kunne helbrede alt, ikke at alt ville fungere perfekt, men der er nogle ting. Levering er et stort problem i det hele. Der er noget godt kreativt arbejde, der er blevet udført, men hver gang et nyt leveringssystem er opfundet, eller endda en modifikation udføres, har det brug for sin egen kliniske test for effektivitet, sikkerhed og specificitet. Det er noget, der gør arbejdet af natur ikke umiddelbart. Det er ikke for at sige, at nogle af de begyndende forsøg, der er i gang, ikke vil lykkes, men jeg tror, ​​vi alle håber, at der er mere på vej.

BØRN : Hvad arbejder du på nu?

AF : Vi arbejder på grundlæggende mekanismer til lyddæmpning i vores yndlingsmodel, som stadig er ormen, og hvordan disse mekanismer reguleres, og hvad de gør for selve organismen. [Vi leder også efter] gendæmpende hændelser ved sygdom. Der er mennesker her [på Stanford], som har en enorm viden om forskellige detaljer om normalt og sygt væv, og hvor vi måske kigger efter specifikke tilfælde, hvor sygdom og optimal behandling korrelerer med inddragelsen af ​​gendæmpningsmekanismen. Vi forsøger i specifikke tilfælde at finde ud af, hvordan [et vævs egenskaber] korrelerer med indgrebet af gendæmpningsmekanismen. Vi ser frem til at forsøge at finde eksempler, hvor vi forstår, hvad der foregår, og finde tilfælde, hvor vi kan vejlede terapi eller vejlede intelligente [behandlings] beslutninger, for især tumorer, baseret på den molekylære karakter af visse væv.

BØRN : Kan du give mig et eksempel på en sygdom, hvor gendæmpning er impliceret?

AF : Kræft er virkelig den største spiller på det område. Masser af gener forstummes i kræft; det har været kendt i et stykke tid. Disse synes at involvere små-RNA-afhængige mekanismer. Nogle af den slags gener, der dæmpes, er involveret i at kontrollere cellecyklussen: Hvis du dæmper disse gener, ender du med celler, der kan blive ondartede. Det er et multi-hit-fænomen; der er mange forskellige ændringer i cellernes genetiske evner, der fortsætter i kræft. Det ser ud fra foreløbige resultater andre steder, at nogle af ændringerne sandsynligvis involverer små RNA'er.

BØRN : Har dit arbejde med gendæmpning i kønsceller nogen anvendelser til stamcelleforskning?

AF : Kimceller [som giver anledning til sæd og æg] ser ud til at skulle holde sig i gang baseret på nogle iboende mekanismer, der ligner stamcellemekanismer. RNAi-maskineriet ser ud til at være involveret i det, men ingen ved, hvordan den forbindelse er sat op. Der er nogle interessante sammenhænge mellem RNA-reguleringsområdet og stamcelleforskning. Der er stor interesse for voksne stamceller, og hvordan RNAi kan bruges enten til at forstå dem eller til at begynde at adskille de mekanismer, der er ansvarlige for deres funktion.

skjule