Чтобы обезвредить опасную мутацию, не обязательно вмешиваться в сами гены. Информация, записанная в них, копируется с ДНК в молекулы РНК, которые дальше либо работают самостоятельно, либо служат матрицей для синтеза белков.

Чтобы обезвредить опасную мутацию, не обязательно вмешиваться в сами гены. Информация, записанная в них, копируется с ДНК в молекулы РНК, которые дальше либо работают самостоятельно, либо служат матрицей для синтеза белков. Естественно, в РНК переносятся все мутации, которые появились в ДНК. И вот как раз на этапе РНК мутации можно обезвредить, ликвидировав эту РНК специальным лекарством. Такое лекарство должно быть очень точным, то есть оно должно разрушать только те молекулы РНК, в которых скопирована информация с конкретного гена.

Лекарственную работу поручают синтетическим молекулам ДНК или РНК — их можно сконструировать так, чтобы они связывались только с целевой клеточной РНК. Связавшись с целевой РНК, лекарственные нуклеиновые кислоты либо запрещают ей работать, либо просто расщепляют её. Для расщепления используют небольшие молекулы ДНК под названием ДНКзимы, или дезоксирибозимы.

ДНКзимы приобретают ферментативные свойства благодаря особой простран-ственной структуре, которая определяется спроектированной последовательностью нуклеотидов. Однако у клеточных нуклеиновых кислот тоже есть свои пространственные структуры. У целевой РНК может быть такая структура, что ДНКзиму будет довольно трудно к ней подступиться. Сотрудники Университета ИТМО (Санкт-Петербург) усовершенствовали ДНКзимы так, что они стали закрепляться на РНК, невзирая на их сложные структуры и расщепляя их в семнадцать раз быстрее, чем предыдущие аналоги.

В обычном ДНКзиме есть каталитиче-ское ядро, снабжённое двумя «руками»: тот участок ДНК, который находится в ядре, занимается химической реакцией, а участки ДНК, которые приходятся на «руки», хватают РНК, удерживая рядом с ней каталитическое ядро. Михаил Дубовиченко и его коллеги придумали, как можно соединить два разных ДНКзима в один так, чтобы все их «руки» оставались свободными — то есть чтобы они могли хватать ими РНК. Оба ДНКзима, объединённые в один, могут быть нацелены на одну и ту же мутантную РНК, но расщепляют они её в разных местах. Зачем же объединять две молекулы в одну, не проще ли обработать целевую РНК одновременно двумя отдельными ДНКзимами? Дело в том, что если у РНК сложная структура, то по отдельности ДНКзимы будут взаимодей-ствовать с ней слабо: сцепившись с РНК, обычный ДНКзим быстро от неё отвалится, не успев расщепить. Если же ДНКзимы будут сцеплены, они будут помогать друг другу подольше удерживаться на молекуле РНК. Кроме того, структуры биомолекул постоянно чуть изменяются в ту или другую сторону, так что какие-то труднодоступные участки в той же РНК могут вдруг ненадолго стать чуть более доступными. И если ДНКзим способен хватать РНК сразу за несколько разных участков, у него будет больше шансов закрепиться на ней.

От эффективности взаимодействия ДНКзимов с РНК зависит скорость её расщепления — как было сказано выше, новые ДНКзимы работают намного быстрее своих предшественников. Пока что их проверяли в условиях пробирочной химической реакции. Для работы в клетках ДНКзимы нужно защитить от клеточных ферментов. Это можно сделать специальными модификациями ДНКзимных молекул. Также исследователи хотят увеличить число ДНКзимных блоков в составе одной терапевтической молекулы, причём эти блоки могут быть нацелены как на одну и ту же РНК, так и на разные РНК. Если многосоставный ДНКзим нацелить на разные РНК, то одна такая молекула сможет разрушать мутантные РНК с разных генов, что будет очень кстати в случае злокачест-венных опухолей, у которых обычно мутированы сразу несколько генов. Некоторые обычные ДНКзимы сейчас проходят клинические испытания. Хочется надеяться, что и новые ускоренные ДНКзимы из Университета ИТМО смогут добраться до медицинской практики.

Исследование поддержано программой развития ИТМО Приоритет 2030.

Результаты работы опубликованы в журнале «Nucleic Acids Research».

№7, 2024