Yeni "tRNA" teknolojisi, birden fazla genetik bozukluğa karşı kullanılabilecek tek bir tedavi sunabilir.
COVID-19 aşılarıyla dünya çapında tanınan mRNA teknolojisinin ardından bilim insanları, başka bir RNA türünü genetik hastalıkların tedavisinde kullanmaya hazırlanıyor. Kanada'daki Toronto Üniversitesi araştırmacıları, "tRNA" olarak bilinen transfer RNA moleküllerini genetik mutasyonların yol açtığı hataları aşabilecek şekilde tasarladı.
REKLAM
REKLAM
Hakemli bilimsel dergi Science'ta yayımlanan araştırmaya göre yöntem, hastalığa neden olan belirli mutasyonlar yüzünden yarıda kalan protein üretiminin yeniden tamamlanmasını sağlayabiliyor.
Araştırmacılar teknolojiyi kistik fibrozis üzerinde gerçekleştirdikleri laboratuvar deneylerinde test etti. İnsan solunum yolu hücreleri, fareler ve hastalardan elde edilen hücrelerle oluşturulan organoidlerde (mini organlar) tam uzunlukta işlevsel protein üretiminin yeniden sağlanabildiği bildirildi.
Henüz insanlar üzerinde denenme aşamasına gelmemiş olan yöntemin en dikkat çekici yanı ise tek bir hastalıkla sınırlı olmama ihtimali. Araştırmacılara göre aynı yaklaşım, benzer türde mutasyonların neden olduğu çok sayıda genetik hastalıkta kullanılabilir.
Genetik koddaki yanlış 'dur işareti'
Araştırmacılar "anlamsız (nonsense) mutasyon" diye adlandırılan genetik değişikliklere odaklandı.
Hücreler protein üretirken DNA'daki genetik bilgi önce mRNA'ya aktarılıyor. Bu bilgi üç harflik "kodonlar" halinde okunuyor. Kodonların büyük bölümü proteinin yapı taşları olan aminoasitleri belirtirken üç özel kodon, protein üretiminin sona ermesi gerektiğini bildiren "dur" sinyalleri olarak görev yapıyor.
Ancak anlamsız mutasyonlarda genetik koddaki bir değişiklik, proteinin gerçek bitiş noktasından önce yanlışlıkla bir dur kodonu oluşturabiliyor.
Araştırmanın lideri Bowen Li bunu, yolun ortasına yanlışlıkla konulmuş bir trafik levhasına benzetiyor:
"tRNA'yı küçük bir araba gibi düşünün. Anlamsız mutasyon, yolun ortasına bir dur levhası koymak gibidir. Araba aniden fren yapmak zorunda kalır ve protein hiçbir zaman tamamlanamaz."
Bunun sonucunda hücre ya tam uzunlukta proteini hiç üretemiyor ya da genellikle işlevini yerine getiremeyen kısa bir protein ortaya çıkarıyor.
Kalıtsal genetik hastalıkların yaklaşık yüzde 11'inin bu tür mutasyonlardan kaynaklandığı tahmin ediliyor. Bunların arasında bazı kistik fibrozis vakalarının yanı sıra Duchenne kas distrofisi ve beta talasemi gibi hastalıklar da var.
tRNA ne yapıyor?
mRNA hücreye hangi proteinin üretileceğine ilişkin genetik talimatı taşırken tRNA, bu talimatların proteine dönüştürülmesi sürecinde görev yapıyor. tRNA molekülleri mRNA üzerindeki kodonları okuyarak karşılık gelen aminoasitleri protein üretim hattına getiriyor.
Toronto Üniversitesi ekibi işte bu mekanizmaya müdahale etti.
Araştırmacılar tRNA'yı, mutasyon nedeniyle yanlışlıkla oluşan erken dur sinyalini tanıyıp, o noktada durmak yerine uygun bir aminoasit üretecek şekilde tasarladı. Böylece hücrenin protein üretimine devam etmesi ve tam uzunlukta protein oluşturması sağlandı.
Li, "Tamir edilen protein her zaman doğal versiyonuyla tamamen aynı olmayabilir. Ancak yeterli işlevi geri kazanabiliyorsa bu, çok az işlevsel proteine sahip olmaktan veya hiç sahip olmamaktan çok daha iyi olabilir," dedi.
Yaklaşımın avantajı ise anlamsız mutasyonların binlerce farklı gende ortaya çıkabilmesine karşın yalnızca üç farklı erken dur kodonu oluşturabilmesi.
Bu nedenle teorik olarak belirli bir dur kodonunu hedefleyen tRNA tedavisi, yalnızca tek bir gen veya hastalık için değil, aynı mutasyonu taşıyan farklı hastalıklar için kullanılabilir.
Araştırmacılar bunu bir tür "tek teknoloji, çok sayıda hastalık yaklaşımı" diye değerlendiriyor.
Kistik fibroziste denendi
Ekip teknolojiyi ilk olarak kistik fibroziste test etti.
Hastalığa CFTR adlı proteini kodlayan gendeki mutasyonlar neden oluyor. Normal koşullarda CFTR proteini hücrelerin tuz ve su hareketini düzenliyor ve akciğerler ile sindirim sistemi gibi bölgelerdeki mukusun uygun kıvamda kalmasına yardımcı oluyor.
Protein çalışmadığında mukus aşırı yoğunlaşabiliyor. Bunun sonucunda solunum sorunları, tekrarlayan enfeksiyonlar, sindirim problemleri ve yetersiz beslenme gibi çok sayıda sağlık sorunu ortaya çıkabiliyor.
Son yıllarda Trikafta gibi "CFTR modülatörü" ilaçlar kistik fibrozis tedavisinde önemli ilerlemeler sağladı. Ancak kistik fibrozis hastalarının yaklaşık yüzde 10'unda CFTR geninde anlamsız mutasyon bulunuyor.
Bu kişilerde sorun, hatalı üretilmiş bir CFTR proteininin düzeltilmesinden ziyade proteinin tamamının üretilememesi olabiliyor. Bu yüzden de mevcut ilaçların etkisi sınırlı kalabiliyor.
Toronto Üniversitesi araştırmacıları, iki yaygın mutasyonu taşıyan insan solunum yolu hücrelerinde tasarlanan tRNA'nın CFTR proteininin yeniden üretilmesini sağladığını bildirdi. Araştırmaya göre geri kazanılan protein işlevini de yerine getirdi ve etki 40 günden uzun süre gözlendi.
Hastanın hücrelerinden 'mini organlar' üretildi
Araştırmacılar daha sonra yöntemi daha karmaşık bir kistik fibrozis vakasında sınadı.
Mevcut ilaçlara yanıt vermeyen bir hastadan alınan dokular kullanılarak "organoid" adı verilen üç boyutlu minyatür doku modelleri yetiştirildi. Hastanın CFTR geninde ikisi anlamsız olmak üzere dört mutasyon tespit edilmişti.
Bu deneyde yalnızca değiştirilmiş tRNA veya yalnızca Trikafta kullanıldığında sınırlı etki görüldü.
Ancak ikisi birlikte uygulandığında hücrelerin tedaviye yanıt verdiği görüldü. tRNA, tam uzunluktaki CFTR proteininin yeniden üretilmesini sağlarken, ilaç da ortaya çıkan proteinin işlevini iyileştirebildi.
Araştırmacı Jingan Chen, "Tedavinin potansiyelini gördüğümüz an bizim için harika bir andı," diyor.
COVID-19 aşılarında kullanılan teknoloji, tRNA için yeniden tasarlandı
Araştırmacıların çözmesi gereken en önemli sorunlardan biri tRNA'yı doğru hücrelere ulaştırmaktı.
Ekip bunun için COVID-19 mRNA aşılarında da kullanılan "lipid nanopartikül"lere (yağ bazlı parçacıklar) yöneldi. Ancak mRNA ile tRNA'nın farklı özellikleri nedeniyle taşıyıcı sistemin yeniden tasarlanması gerekti.
Araştırmacılar kombinatoryal kimya yöntemleriyle tek bir günde yaklaşık bin farklı yapıya sahip lipid sentezledi ve bunların arasından tRNA taşımaya en uygun adayları belirledi.
Chen, "tRNA'ları ne kadar güçlü hale getirirseniz getirin, onları hücrelere ulaştıramazsanız deva olamazlar," diyor.
Ekip ayrıca doğal tRNA moleküllerinde bulunan kimyasal modifikasyonları inceleyerek bunlardan birinin tasarlanan tRNA'ya eklenmesinin molekülü hem daha aktif hem de daha uzun ömürlü hale getirdiğini belirledi.
Binlerce nadir hastalık için kullanılabilir mi?
Araştırmanın uzun vadeli hedefi kistik fibrozisin çok ötesine uzanıyor.
Anlamsız mutasyonlar akciğerleri, beyni, kasları ve başka organları etkileyen çok sayıda genetik hastalığa neden olabiliyor. Bunlar arasında son derece nadir hastalıklar da var.
Hasta sayısının çok düşük olması, her mutasyon için ayrı bir gen tedavisi geliştirmeyi hem bilimsel hem de ekonomik açıdan epey güç hale getiriyordu.
Li, "Hastalığa yol açan çok sayıda mutasyon türü var ve bunların bazıları yalnızca az sayıda insanı etkiliyor. Her bir mutasyon için ayrı bir gen tedavisi geliştirmek son derece zor," ifadelerini kullanıyor.
Araştırmacılara göre tRNA'nın avantajı da burada. Aynı erken dur kodonu farklı genlerde meydana gelebildiğinden, gelecekte tek bir tRNA ilacının aynı tür mutasyonu taşıyan birden fazla hastalığa uygulanması mümkün olabilir.
Ancak bunun için önemli bir engelin daha aşılması gerekiyor: Farklı organlara ulaşabilecek özel taşıma sistemlerinin geliştirilmesi.
Ekip şimdiden akciğerler için kullanılan lipid nanopartiküllerin ince bir sise dönüştürüldüğünde yapısını koruyabildiğini gösterdi. Bu da gelecekte tRNA tedavisinin hastaların evde soluyabileceği bir ilaç biçimine dönüştürülmesi ihtimalini gündeme getiriyor.
Ancak araştırmacılar çalışmanın henüz erken aşamada olduğuna dikkat çekiyor. İnsanlarda güvenlik ve etkinliğin gösterilebilmesi için yöntemin daha ileri çalışmaların ardından klinik deneylerde sınanması gerekecek.