Un ARN mensajero modificado con nucleósidos ( ARN mod ) es un ARN mensajero sintético (ARNm) en el que algunos nucleósidos se reemplazan por otros nucleósidos modificados naturalmente o por análogos de nucleósidos sintéticos . [1] modRNA se usa para inducir la producción de una proteína deseada en ciertas células. Una aplicación importante es el desarrollo de vacunas de ARNm , de las cuales las primeras autorizadas fueron las vacunas COVID-19 (como BNT162b2 y ARNm-1273 ).
Fondo
El ARNm se produce sintetizando una hebra de ácido ribonucleico (ARN) a partir de componentes básicos de nucleótidos de acuerdo con una plantilla de ácido desoxirribonucleico (ADN), un proceso que se denomina transcripción . [2] Cuando los componentes básicos proporcionados a la ARN polimerasa incluyen nucleósidos no estándar como la pseudouridina , en lugar de los nucleósidos estándar de adenosina , citidina , guanosina y uridina , el ARNm resultante se describe como nucleósido modificado. [3]
La producción de proteína comienza con el ensamblaje de ribosomas en el ARNm, este último sirve como modelo para la síntesis de proteínas al especificar su secuencia de aminoácidos basada en el código genético en el proceso de biosíntesis de proteínas llamado traducción . [4]
Descripción general
Para inducir a las células a producir proteínas que normalmente no producen, es posible introducir ARNm heterólogo en el citoplasma de la célula, evitando la necesidad de transcripción. En otras palabras, un modelo de proteínas extrañas se "pasa de contrabando" a las células. Sin embargo, para lograr este objetivo, se deben evitar los sistemas celulares que evitan la penetración y traducción de ARNm extraño. Hay enzimas casi ubicuas llamadas ribonucleasas (también llamadas ARNas) que descomponen el ARNm desprotegido. [5] También existen barreras intracelulares contra el ARNm extraño, como los receptores del sistema inmunitario innato, el receptor tipo toll (TLR) 7 y el TLR8 , ubicados en las membranas endosomales . Los sensores de ARN como TLR7 y TLR8 pueden reducir drásticamente la síntesis de proteínas en la célula, desencadenar la liberación de citocinas como el interferón y el TNF-alfa y, cuando son suficientemente intensos, conducen a la muerte celular programada . [6]
La naturaleza inflamatoria del ARN exógeno se puede enmascarar modificando los nucleósidos en el ARNm. [7] Por ejemplo, la uridina se puede reemplazar con un nucleósido similar como la pseudouridina (Ψ) o N1-metil-pseudouridina (m1Ψ), [8] y la citosina se puede reemplazar por 5-metilcitosina . [9] Algunos de estos, como la pseudouridina y la 5-metilcitosina, se encuentran naturalmente en eucariotas . [10] La inclusión de estos nucleósidos modificados altera la estructura secundaria del ARNm, lo que puede reducir el reconocimiento por parte del sistema inmunitario innato y, al mismo tiempo, permitir una traducción eficaz. [9]
Importancia de las regiones sin traducir
Un ARNm normal comienza y termina con secciones que no codifican los aminoácidos de la proteína real. Estas secuencias en los extremos 5 'y 3' de una cadena de ARNm se denominan regiones no traducidas (UTR). Las dos UTR en sus extremos de cadena son esenciales para la estabilidad de un ARNm y también de un ARN mod, así como para la eficiencia de la traducción, es decir, para la cantidad de proteína producida. Seleccionando UTR adecuadas durante la síntesis de un ARN mod, se puede optimizar la producción de la proteína diana en las células diana. [5] [11]
Entrega
Varias dificultades están involucradas en la introducción de modRNA en ciertas células diana. Primero, el modRNA debe protegerse de las ribonucleasas . [5] Esto se puede lograr, por ejemplo, envolviéndolo en liposomas . Dicho "empaquetamiento" también puede ayudar a asegurar que el ARN mod sea absorbido por las células diana. Esto es útil, por ejemplo, cuando se usa en vacunas , ya que las células dendríticas y los macrófagos absorben las nanopartículas , los cuales juegan un papel importante en la activación del sistema inmunológico. [12]
Además, puede ser deseable que el modRNA aplicado se introduzca en células corporales específicas. Este es el caso, por ejemplo, si las células del músculo cardíaco deben ser estimuladas para que se multipliquen. En este caso, el modRNA empaquetado se puede inyectar directamente en una arteria como una arteria coronaria . [13]
Aplicaciones
Un campo de aplicación importante son las vacunas de ARNm , de las cuales las primeras autorizadas para su uso en humanos fueron las vacunas COVID-19 para abordar el SARS-CoV-2 . [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] Ejemplos de vacunas COVID-19 que usan modRNA incluyen las desarrolladas por la cooperación de BioNTech / Pfizer / Fosun International ( BNT162b2 ), y por Moderna ( ARNm-1273 ). [21] [22] [23] Sin embargo, la vacuna de zorecimeran desarrollada por Curevac utiliza ARN sin modificar. [24]
Otros posibles usos del ARN mod incluyen la regeneración del tejido del músculo cardíaco dañado [25] [26] y la terapia contra el cáncer. [27] [28]
Referencias
- ^ Chien KR, Zangi L, Lui KO (octubre de 2014). "ARNm sintético químicamente modificado (modRNA): hacia una nueva plataforma tecnológica para la biología y la medicina cardiovascular" . Perspectivas de Cold Spring Harbor en Medicina . 5 (1): a014035. doi : 10.1101 / cshperspect.a014035 . PMC 4292072 . PMID 25301935 .
- ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). De ADN a ARN (4 ed.). Garland Science.
- ^ Pardi N, Weissman D (2017). "Vacunas de ARNm modificado con nucleósidos para enfermedades infecciosas". Vacunas de ARN . Métodos en Biología Molecular. 1499 . Clifton, Nueva Jersey págs. 109-121. doi : 10.1007 / 978-1-4939-6481-9_6 . ISBN 978-1-4939-6479-6. PMID 27987145 .
- ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J (2000). Las tres funciones del ARN en la síntesis de proteínas (4ª ed.). Nueva York: WH Freeman. págs. Sec 4.4.
- ^ a b c Schlake T, Thess A, Fotin-Mleczek M, Kallen KJ (noviembre de 2012). "Desarrollo de tecnologías de vacunas de ARNm" . Biología del ARN . 9 (11): 1319–30. doi : 10.4161 / rna.22269 . PMC 3597572 . PMID 23064118 .
- ^ Dalpke A, Helm M (junio de 2012). "Estimulación del receptor Toll-like mediada por ARN en salud y enfermedad" . Biología del ARN . 9 (6): 828–42. doi : 10.4161 / rna.20206 . PMC 3495747 . PMID 22617878 .
- ^ Karikó, K; Buckstein, M; NIH; Weissman, D (agosto de 2005). "Supresión del reconocimiento de ARN por receptores tipo Toll: el impacto de la modificación de nucleósidos y el origen evolutivo del ARN". La inmunidad . 23 (2): 165–75. doi : 10.1016 / j.immuni.2005.06.008 . PMID 16111635 .
- ^ Andries O, Mc Cafferty S, De Smedt SC, Weiss R, Sanders NN, Kitada T (2015). "El ARNm incorporado en N1-metilpseudouridina supera al ARNm incorporado en pseudouridina al proporcionar una expresión proteica mejorada y una inmunogenicidad reducida en líneas celulares de mamíferos y ratones". Diario de liberación controlada . 217 : 337–344. doi : 10.1016 / j.jconrel.2015.08.051 . hdl : 1854 / LU-6993270 . PMID 26342664 .
- ^ a b Svitkin YV, Cheng YM, Chakraborty T, Presnyak V, John M, Sonenberg N (junio de 2017). "La N1-metil-pseudouridina en el ARNm mejora la traducción a través de mecanismos independientes e dependientes de eIF2α al aumentar la densidad del ribosoma" . Investigación de ácidos nucleicos . 45 (10): 6023–6036. doi : 10.1093 / nar / gkx135 . PMC 5449617 . PMID 28334758 .
- ^ Hoernes TP, Clementi N, Faserl K, Glasner H, Breuker K, Lindner H, et al. (Enero de 2016). "Las modificaciones de nucleótidos dentro de los ARN mensajeros bacterianos regulan su traducción y son capaces de recablear el código genético" . Investigación de ácidos nucleicos . 44 (2): 852–62. doi : 10.1093 / nar / gkv1182 . PMC 4737146 . PMID 26578598 .
- ^ Orlandini von Niessen AG, Poleganov MA, Rechner C, Plaschke A, Kranz LM, Fesser S, et al. (Abril de 2019). "Mejora de la entrega de genes terapéuticos basados en ARNm mediante 3 'UTR de aumento de la expresión identificados por cribado de biblioteca celular" . Terapia molecular . 27 (4): 824–836. doi : 10.1016 / j.ymthe.2018.12.011 . PMC 6453560 . PMID 30638957 .
- ^ Zhao L, Seth A, Wibowo N, Zhao CX, Mitter N, Yu C, Middelberg AP (enero de 2014). "Vacunas de nanopartículas" . Vacuna . 32 (3): 327–37. doi : 10.1016 / j.vaccine.2013.11.069 . PMID 24295808 .
- ^ Carlsson L, Clarke JC, Yen C, Gregoire F, Albery T, Billger M, et al. (Junio de 2018). "El ARNm de VEGF-A mejora la función cardíaca después de la inyección intracardíaca 1 semana después del infarto de miocardio en cerdos" . Terapia molecular. Métodos y desarrollo clínico . 9 : 330–346. doi : 10.1016 / j.omtm.2018.04.003 . PMC 6054703 . PMID 30038937 .
- ^ "Pfizer y BioNTech celebran la primera autorización histórica en los EE. UU. De una vacuna para prevenir el COVID-19" . www.businesswire.com . 12 de diciembre de 2020.
- ^ Polack FP, Thomas SJ, Kitchin N, Absalon J, Gurtman A, Lockhart S, et al. (Diciembre de 2020). "Seguridad y eficacia de la vacuna BNT162b2 mRNA Covid-19" . La Revista de Medicina de Nueva Inglaterra . 383 (27): 2603–2615. doi : 10.1056 / NEJMoa2034577 . PMC 7745181 . PMID 33301246 . S2CID 228087117 .
- ^ Hohmann-Jeddi C (10 de noviembre de 2020). "Hoffnungsträger BNT162b2: ¿Wie funktionieren mRNA-Impfstoffe?" . Pharmazeutische Zeitung (en alemán) . Consultado el 28 de noviembre de 2020 .
- ^ Abbasi J (septiembre de 2020). "Vacunas COVID-19 y ARNm-Primera gran prueba para un nuevo enfoque" . JAMA . 324 (12): 1125–1127. doi : 10.1001 / jama.2020.16866 . PMID 32880613 . S2CID 221476409 .
- ^ Vogel A, Kanevsky I, Che Y, Swanson K, Muik A, Vormehr M, et al. (8 de septiembre de 2020). "Una vacuna de ARN con pico de prefusión SARS-CoV-2 es altamente inmunogénica y previene la infección pulmonar en primates no humanos" (PDF) . bioRxiv . doi : 10.1101 / 2020.09.08.280818 . S2CID 221589144 .
- ^ "Condiciones de autorización para la vacuna Pfizer / BioNTech COVID-19" (Decisión). Agencia Reguladora de Medicamentos y Productos Sanitarios. 8 de diciembre de 2020.
- ^ Oficina del Comisionado (14 de diciembre de 2020). "Vacuna Pfizer-BioNTech COVID-19" . www.fda.gov (decisión). FDA de EE . UU .
- ^ Krammer F (octubre de 2020). "Vacunas contra el SARS-CoV-2 en desarrollo" . Naturaleza . 586 (7830): 516–527. Código Bib : 2020Natur.586..516K . doi : 10.1038 / s41586-020-2798-3 . PMID 32967006 . S2CID 221887746 .
- ^ "Oleoducto de Moderna" . Moderna . Consultado el 28 de noviembre de 2020 .
- ^ Dolgin, Elie (25 de noviembre de 2020). "Las vacunas COVID-19 están listas para su lanzamiento, pero el impacto en la pandemia no está claro". Biotecnología de la naturaleza : d41587–020–00022-y. doi : 10.1038 / d41587-020-00022-y . PMID 33239758 . S2CID 227176634 .
- ^ "COVID-19" . CureVac . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ Kaur K, Zangi L (diciembre de 2020). "ARNm modificado como herramienta terapéutica para el corazón" . Fármacos y terapias cardiovasculares . 34 (6): 871–880. doi : 10.1007 / s10557-020-07051-4 . PMC 7441140 . PMID 32822006 .
- ^ Zangi L, Lui KO, von Gise A, Ma Q, Ebina W, Ptaszek LM, et al. (Octubre 2013). "El ARNm modificado dirige el destino de las células progenitoras del corazón e induce la regeneración vascular después de un infarto de miocardio" . Biotecnología de la naturaleza . 31 (10): 898–907. doi : 10.1038 / nbt.2682 . PMC 4058317 . PMID 24013197 .
- ^ McNamara, Megan A .; Nair, Smita K .; Holl, Eda K. (2015). "Vacunas basadas en ARN en inmunoterapia contra el cáncer" . Revista de investigación en inmunología . 2015 : 794528. doi : 10.1155 / 2015/794528 . PMC 4668311 . PMID 26665011 .
- ^ Verbeke, R; Lentacker, yo; Wayteck, L; Breckpot, K; Van Bockstal, M; Descamps, B; Vanhove, C; De Smedt, SC; Dewitte, H (28 de noviembre de 2017). "Co-entrega de ARNm modificado con nucleósidos y agonistas de TLR para inmunoterapia del cáncer: restauración de la inmunogenicidad del ARNm inmunosilente". Diario de liberación controlada . 266 : 287–300. doi : 10.1016 / j.jconrel.2017.09.041 . PMID 28987878 . S2CID 20794075 .
Otras lecturas
- Badieyan, ZS; Evans, T (agosto de 2019). "Revisión concisa: aplicación de ARNm modificado químicamente en la conversión del destino celular y la ingeniería de tejidos" . Medicina traslacional de células madre . 8 (8): 833–843. doi : 10.1002 / sctm.18-0259 . PMC 6646692 . PMID 30891922 .
- Espeseth AS, Cejas PJ, Citron MP, Wang D, DiStefano DJ, et al. (2020). "Las vacunas modificadas basadas en nanopartículas de ARNm / lípidos que expresan variantes de la proteína F del virus sincitial respiratorio son inmunogénicas y protectoras en modelos de roedores de infección por RSV" . Vacunas NPJ . 5 : 16. doi : 10.1038 / s41541-020-0163-z . PMC 7021756 . PMID 32128257 .