Pesquisadores da Universidade de Toronto, da University Health Network e do SickKids desenvolveram uma nova abordagem promissora que poderá, eventualmente, ajudar no tratamento de milhares de doenças genéticas. Como mutações sem sentido também podem ocorrer em genes envolvidos em doenças musculares, essa tecnologia emergente de tRNA pode potencialmente se tornar relevante para doenças como a distrofia muscular de Duchenne (DMD) no futuro, embora ainda não tenha sido testada como tratamento para DMD.
A pesquisa se concentra no RNA de transferência (tRNA), uma molécula envolvida no processo que as células utilizam para produzir proteínas. Ao manipular o tRNA, os cientistas pretendem superar um dos tipos mais difíceis de mutações genéticas: as mutações sem sentido.
O estudo, publicado na revista Science em 27 de agosto, demonstra em modelos laboratoriais e pré-clínicos que o tRNA modificado pode restaurar a produção de proteínas funcionais de comprimento total afetadas por mutações sem sentido.
Índice
O que são mutações sem sentido?
Os genes contêm instruções que as células usam para produzir proteínas. Essas instruções são lidas em unidades de três letras chamadas códons. A maioria dos códons indica à célula qual aminoácido adicionar a uma proteína em crescimento, enquanto três códons atuam como sinais, indicando à célula que deve parar.
Uma mutação sem sentido ocorre quando uma alteração genética cria um sinal de parada prematuramente.
É como colocar uma placa de pare no meio de uma estrada. A célula para de produzir a proteína antes de terminá-la. Como resultado, a proteína pode ficar encurtada e não funcional, ou muito pouca proteína de comprimento total pode ser produzida.
Embora as mutações sem sentido sejam responsáveis por cerca de 11% das doenças genéticas hereditárias, elas afetam milhares de pacientes em diversas enfermidades, incluindo algumas formas de fibrose cística e distúrbios musculares e neurológicos.
Por que a pesquisa sobre o tRNA é importante para as doenças genéticas?
Um dos maiores desafios da medicina genética é o enorme número de mutações causadoras de doenças. Criar um tratamento específico para cada mutação individual pode ser extremamente difícil, principalmente quando uma mutação afeta apenas um pequeno número de pacientes.
É aqui que a pesquisa de tRNA para mutações sem sentido pode oferecer uma estratégia diferente.
É importante ressaltar que mutações sem sentido podem ocorrer em muitos genes diferentes, mas resultam em apenas três possíveis códons de parada prematuros. Isso cria a possibilidade de desenvolver uma abordagem terapêutica que tenha como alvo o tipo de mutação, em vez de um gene específico.
Os pesquisadores, portanto, vislumbram uma possível estratégia "tamanho único", na qual um único tRNA projetado poderia potencialmente abordar o mesmo sinal de parada prematura em múltiplos genes e doenças.
Como funciona o tRNA modificado?
Os pesquisadores desenvolveram moléculas de tRNA capazes de reconhecer um sinal de parada prematuro e inserir o aminoácido apropriado em seu lugar.
Isso permite que a célula continue lendo as instruções genéticas e, potencialmente, produza uma proteína completa.
A proteína resultante pode nem sempre ser completamente idêntica à proteína natural. No entanto, se uma quantidade suficiente de atividade funcional for restaurada, isso pode ser significativamente melhor do que produzir pouca ou nenhuma proteína funcional.
Em termos simples, em vez de alterar o próprio DNA, os pesquisadores estão tentando contornar o sinal de parada prematuro durante a produção de proteínas.
Tornando o tRNA mais forte e eficaz.
O desenvolvimento de tRNA para uso prático na medicina não tem sido simples. Um desafio importante é tornar o tRNA modificado ativo e estável o suficiente para produzir quantidades significativas de proteína.
A equipe de pesquisa descobriu que a adição de uma modificação química específica, encontrada naturalmente no tRNA, tornou a molécula modificada mais ativa e duradoura.
Este foi um passo importante porque um tRNA terapêutico precisa permanecer funcional por tempo suficiente para ter um efeito biológico significativo.
Entregando tRNA às células certas
Outro grande desafio é a entrega.
Mesmo um tRNA altamente eficaz não funcionará como medicamento se não conseguir atingir as células que precisam dele. Os pesquisadores, portanto, desenvolveram nanopartículas lipídicas especializadas (LNPs) para administrar tRNA.
Embora nanopartículas lipídicas já tenham sido usadas anteriormente para transportar mRNA, os pesquisadores as redesenharam especificamente para o tRNA. Eles analisaram aproximadamente 1.000 lipídios diferentes para identificar um sistema de transporte adequado.
Essa combinação de tRNA modificado e tecnologia de administração especializada é um dos principais avanços do estudo.
O tRNA restaura a produção de proteínas em modelos de fibrose cística.
Inicialmente, os pesquisadores testaram a abordagem em modelos de fibrose cística envolvendo mutações sem sentido no gene CFTR.
Os tratamentos existentes com moduladores de CFTR, incluindo o Trikafta, transformaram o tratamento de muitas pessoas com fibrose cística. No entanto, esses medicamentos não são eficazes para pacientes cuja doença resulta de certas mutações sem sentido, porque a proteína CFTR de comprimento total necessária pode nunca ser produzida.
Em células das vias aéreas humanas portadoras de duas mutações sem sentido comuns, o tRNA modificado restaurou a produção da proteína CFTR, e a proteína tornou-se funcional. A proteína restaurada também permaneceu detectável por mais de 40 dias.
Potencial para terapia combinada
Os pesquisadores também testaram células de um paciente com fibrose cística que apresentava um genótipo CFTR complexo contendo quatro mutações, incluindo duas mutações sem sentido.
Nesses organoides derivados de pacientes, nem o tRNA nem o Trikafta isoladamente produziram uma resposta forte. No entanto, quando usados em conjunto, a combinação restaurou a produção da proteína CFTR de comprimento total e permitiu que o Trikafta atuasse sobre a proteína recém-produzida.
Isso sugere que as terapias com tRNA podem potencialmente ser combinadas com os tratamentos existentes, em vez de substituí-los.
Será que a pesquisa sobre o tRNA poderia tratar outras doenças genéticas?
O potencial mais importante desta pesquisa vai além da fibrose cística.
Como os mesmos três códons de parada prematuros podem aparecer em muitos genes diferentes, um tRNA projetado para reconhecer um desses sinais poderia potencialmente ser adaptado para múltiplas doenças genéticas.
Os pesquisadores agora estão explorando como a plataforma poderia ser aplicada a outros órgãos e tecidos. Cada tecido alvo pode exigir seu próprio sistema de administração especializado.
Para doenças pulmonares, a equipe já demonstrou que suas nanopartículas lipídicas podem sobreviver à conversão em uma névoa fina, aumentando a possibilidade de futuros tratamentos com tRNA inalado.
Uma abordagem promissora, mas ainda em fase inicial.
A pesquisa sobre mutações sem sentido no tRNA ainda está em fase pré-clínica, e muito mais pesquisa é necessária antes que essa tecnologia possa se tornar um tratamento aprovado para pacientes.
No entanto, o conceito é significativo. Em vez de desenvolver uma terapia completamente diferente para cada mutação causadora de doenças, os pesquisadores estão explorando se uma plataforma comum baseada em tRNA poderia atingir o tipo subjacente de mutação em múltiplos genes.
Se bem-sucedidas, as terapias com tRNA poderão eventualmente se tornar uma nova plataforma para o tratamento de distúrbios genéticos causados por mutações sem sentido, incluindo doenças que atualmente têm poucas ou nenhuma opção de tratamento eficaz.
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