Vedci použili nezvyčajný enzým CRISPR na boj proti rakovine: roztrhaním DNA rakovinových buniek na kúsky spustili ich sebazničenie. Enzým možno naprogramovať tak, aby rozpoznal konkrétnu mediátorovú RNA, napríklad molekulu produkovanú nádorovou bunkou. Len čo nájde svoj cieľ, rozseká genóm vybranej bunky na kúsky.
Metóda rozsekávania DNA, ktorú vedci opisujú v dvoch štúdiách uverejnených v časopise Nature, by mohla umožniť ničenie nádorových buniek, ktoré produkujú zmutované bielkoviny odolné voči liekom a na ktoré bolo dosiaľ ťažké zacieliť bežnými liečivami.
„Je to molekulárny vypínač, ktorý rozpoznáva konkrétnu RNA. V podstate ide o programovateľnú chemoterapiu,“
hovorí Yang Liu, molekulárny biológ z Lekárskej fakulty Utahskej univerzity a jeden z autorov jednej zo štúdií.
Nemecká biotechnologická spoločnosť Akribion Therapeutics už v počiatočnej fáze vyvíja terapiu, ktorá využíva túto novú metódu na liečbu nádorov hlavy a krku spôsobených ľudským papilomavírusom (HPV). Cieľom je získať prvé údaje z klinických skúšaní do roku 2030, hovorí Paul Scholz, spoluzakladateľ spoločnosti, vedúci jej výskumu a vývoja a spoluautor jednej z nových štúdií.
Bakteriálni strážcovia
Systémy CRISPR sa prirodzene vyskytujú v baktériách a ďalších mikroorganizmoch, kde fungujú ako obranný imunitný mechanizmus. Niektoré systémy CRISPR využívajú molekuly RNA, ktoré navádzajú enzýmy spojené s CRISPR (CRISPR-associated, skrátene Cas) k úsekom DNA vírusov a ďalších votrelcov. Enzým Cas následne prestrihne DNA a zničí bunku rozpoznanú ako nepriateľskú. Vedci sa už viac než desaťročie snažia tieto systémy využiť a upraviť na editovanie genómov. Vytvárajú pritom vlastné vodiace RNA, ktoré nasmerujú enzýmy Cas na miesto, ktoré chcú upraviť.
Nie všetky enzýmy Cas sú však rovnaké. Takmer pred desiatimi rokmi začali Ryan Jackson, biochemik z Utahskej štátnej univerzity, a jeho kolegovia skúmať mechanizmus fungovania bielkoviny Cas12a2. Podľa Jacksona pôvodne predpokladali, že enzým bude fungovať približne rovnako ako ostatné bielkoviny Cas používané na editovanie génov.
Laboratórne pokusy sa však končili jedným neúspechom za druhým. Opakovane pozorovali, že enzým sa nespráva podľa ich očakávaní, a vôbec tomu nerozumeli. Jackson spočiatku podozrieval svojich študentov, že urobili chybu a bielkovinu kontaminovali. Napokon však spolu s kolegami aj ďalšou výskumnou skupinou zistil, že Cas12a2 sa skutočne líši od ostatných podobných enzýmov.
Keď rozpozná sekvencie RNA zodpovedajúce jeho vodiacej RNA, vymkne sa spod kontroly a začne bez rozdielu rozsekávať DNA, čím zastaví rast napadnutej bunky.
V prírode to môže obmedzovať šírenie infekcií spôsobených cudzími bunkami v populácii. „Ako, dočerta, dokáže príroda vymyslieť taký zložitý trik?“ pýta sa Rene Bernards, odborník na genetiku nádorov z Holandského onkologického inštitútu v Amsterdame. „Ale na tom vlastne nezáleží. My ho môžeme výborne využiť,“ dodáva.
Miniatúrni nájomní zabijaci
Možnosti využitia tohto javu už začali skúmať dve výskumné skupiny. Obe sa zamerali na rakovinu, konkrétne na nádory, ktorých rast poháňajú zmutované bielkoviny, na ktoré bolo dosiaľ ťažké zacieliť bežnými prostriedkami. Jedna skupina nasmerovala Cas12a2 na rôzne RNA produkované bunkami vrátane tých, ktoré obsahujú zmutovanú verziu génu TP53. Tento gén je zmutovaný až v polovici všetkých prípadov rakoviny. Druhá skupina zacielila na RNA pochádzajúcu zo zmutovaného variantu génu KRAS. Zmutované bielkoviny KRAS môžu spôsobovať nekontrolované množenie buniek a sú zodpovedné za niektoré z najsmrteľnejších druhov rakoviny.
Cas12a2 v oboch prípadoch vykazoval pozoruhodnú špecificitu: selektívne ničil bunky nesúce mutácie spojené s rakovinou, a to aj vtedy, keď sa zmutovaná RNA líšila od normálnej iba jedinou bázou.
Metóda fungovala aj v ľudských bunkách pestovaných v laboratóriu a u živých myší zmenšila nádory, ktorých rast poháňal zmutovaný TP53, aj nádory spôsobené HPV.
Od týchto experimentov je ešte dlhá cesta k terapii, ktorú bude možné testovať na ľuďoch, zdôrazňuje Baojun Wang, syntetický biológ z čínskej univerzity Zhejiang. Práca však predstavuje významný míľnik pri overovaní princípu veľmi sľubnej technológie, dodáva. Podľa Liua by sa jej využitie mohlo okrem rakoviny rozšíriť aj na liečbu autoimunitných a neurologických ochorení. „Možno určiť množstvo rôznych cieľov, pokiaľ obsahujú jedinečnú RNA,“ hovorí.
Bezpečnosť na prvom mieste
Kým sa to podarí, zostáva prekonať niekoľko prekážok. Cas12a2 treba dopraviť do buniek, čo nie je jednoduché, keďže ide o pomerne veľkú bielkovinu. Potrebné budú aj ďalšie bezpečnostné skúšky, ktoré overia, či Cas12a2 nepoškodzuje zdravé bunky, hovorí Wang. V doterajších experimentoch však enzým vykazoval vysokú mieru špecificity a ničil iba bunky produkujúce zmutovanú RNA.
„Celkovo sa táto technológia už teraz javí ako selektívnejšia než mnohé bežne používané chemoterapeutické metódy, ktoré v tele ničia všetky rýchlo sa deliace bunky,“
hovorí Jingkun Zeng, biológ skúmajúci rakovinu v kalifornských Gladstone Institutes a spoluautor štúdie zameranej na TP53. „Naša technológia bude oveľa špecifickejšia,“ zdôrazňuje.
Ďalším dôležitým problémom je, že enzým počas experimentov nezničil všetky nádorové bunky, dokonca ani tie pestované v laboratóriu. To vyvoláva isté obavy, hovorí Bernards. Dodáva však, že terapiu Cas12a2 by bolo možné kombinovať s ďalšími spôsobmi liečby rakoviny, aby sa zvýšila jej účinnosť a znížilo riziko, že nádor voči nej získa odolnosť. Prístupy založené na Cas12a2 sú teda stále v počiatočnej fáze vývoja. Ako hovorí Bernards: „Je zrejmé, že ich ešte treba vylepšiť, ale sú veľmi sľubné.“
