Terapia RNAi kluczem do załogowych wypraw kosmicznych

0

Załogowe loty kosmiczne wiążą się ze znacznym ryzykiem dla organizmu. Warunki mikrograwitacji powodują ubytki tkanki kostnej, osłabienie odporności, zaburzenia metabolizmu. Do tego dochodzi jeszcze wpływ promieniowania kosmicznego i wibracji, które także oddziałują niekorzystnie na tkanki. Terapie lekami, w trakcie dłuższych lotów, nie sprawdzają się, ze względu na krótką datę ważności medykamentów. W walce z chorobami i wadami w funkcjonowaniu organizmu, mogą pomóc nowocześniejsze metody, np.: interferencja RNA (RNAi).

Podstawowy pogląd na temat kwasu rybonukleinowego przyjmuje, że pełni on rolę podrzędną względem DNA. RNA, według tego poglądu, odpowiada za chemiczną sygnalizację wewnątrzkomórkową oraz transfer aminokwasów do przeprowadzania ekspresji białek. Jednoniciowe RNA (mRNA), najlepiej poznane, odpowiada za kopiowanie sekwencji DNA i przenoszenie instrukcji ułożenia aminokwasów. Pojawiają się także inne rodzaje RNA, które tworzą lub uczestniczą w produkcji białek.

To nie wszystkie role kwasu rybonukleinowego. MikroRNA (miRNA), transkrybowane ze śmieciowego DNA, reguluje pracę genów, wpływając na poziom (ilość) wytwarzania danych białek. Występują tysiące typów miRNA, modyfikujących aktywność pojedynczych genów, grup genów i innych cząsteczek RNA.

Najbardziej interesujący, ze względu na medycynę i medycynę kosmiczną, jest proces interferencji RNA (RNAi). To naturalne zjawisko, jeden z systemów obronnych organizmu przed atakiem wirusów. Odkryto je w trakcie eksperymentów z kwiatami petunii w latach 90 XX wieku, a za jego opisanie, Andrew Fire oraz Craig Mello otrzymali w 2006 roku Nagrodę Nobla z dziedziny medycyny.

Proces interferencji RNA polega na wprowadzaniu do komórki cząsteczki siRNA (dwuniciowe, krótkie interferujące RNA) o długości ~20 nukleotydów (w taki sposób zbudowana jest większość wirusów – organizm traktuje takie cząstki jako ciało niebezpieczne). SiRNA rozplatany jest na dwie pojedyncze nici, które wiążą się z cząstkami mRNA o odpowiedniej sekwencji. Tak oznakowany mRNA zostaje zniszczony przez komórkowe enzymy. W ten sposób instrukcje tworzenia danych białek (albo kopii wirusa) zostają zniszczone.

Działania z użyciem siRNA są bardzo precyzyjne. Naukowcy i medycy mogą blokować pojedyncze instrukcje mRNA, bez wpływu na cały system. Stąd RNAi może stać się przydatnym narzędziem do leczenia takich schorzeń jak rak lub astma oraz wielu patologii o podłożu genetycznym. RNAi może stać się także jedną z metod antykoncepcji, bez wpływu na układ hormonalny.

Rola, którą może odegrać RNAi w trakcie załogowych lotów kosmicznych, to przede wszystkim regulacja ubytków tkanki mięśniowej. I rola ta, według ostatnich doniesień naukowców, została spełniona.

Warunki mikrograwitacji i zwiększonego promieniowania nie dawały zbyt wielkich nadziei na efektywność terapii RNAi. Zawartość cząstek RNA w mięśniach ludzkich spada już po 7 dniach na niskiej orbicie okołoziemskiej. RNA jest mniej stabilne niż DNA i tym bardziej podatne na promieniowanie kosmiczne, co może prowadzić do spadku efektywności RNAi. W końcu RNAi wyewoluowało z funkcji obronnych organizmu, a skoro układ odpornościowy człowieka w trakcie załogowych lotów kosmicznych jest osłabiony, naturalną konkluzją jest twierdzenie, iż RNAi także może zawieść.

Ze względu na tyle niewiadomych, zespół naukowców z Japonii oraz Uniwersytetu w Nottingham, przeprowadził badania na nicieniach C. elegans w trakcie przebywania na LEO. Ich genom jest już dobrze poznany, poza tym były pierwszymi zwierzętami, na których zademonstrowano mechanizm RNAi. Celem wysłania robaków w kosmos, było sprawdzenie, czy funkcje RNAi działają normalnie w warunkach odmiennych niż ziemskie.

Nicienie spędziły 11 dni na pokładzie ISS. Ze względu na podobieństwo w funkcjach wielu genów do genów człowieka, skupiono się na badaniu efektywności terapii RNAi w kosmosie. Przy okazji odkryto skuteczność w ochronie przed enzymami degradującymi komórki budujące tkankę mięśniową.

Badania zakończyły się sukcesem. Warunki panujące w kosmosie nie miały wpływu na terapię RNAi, której poddano C. elegans.

Budzi to nadzieję na rozwiązanie podstawowego problemu, jakim jest leczenie astronautów w kosmosie. Gdzie leki zawodzą, z pomocą może przyjść terapia RNAi. Poza tym znaleziono rozwiązanie na drastyczny ubytek tkanki mięśniowej kosmonautów w warunkach mikrograwitacji.

Ze względu na łatwość i niskie koszta przeprowadzenia terapii RNAi, nawet w kosmosie, przyszłe wyprawy poza studnię grawitacyjną naszej planety, narażone są na znacznie niższe ryzyko.

W tej chwili terapia RNAi odbywa swoje testy kliniczne. Być może, w niedalekiej przyszłości, stanie się remedium na wiele patologii i schorzeń, w tym także wśród astronautów, przebywających poza Ziemią. Dalsze badania nad terapią, powinny uwzględniać także obszary poza LEO, w głębokiej przestrzeni kosmicznej, gdzie radiacja wywiera wyższy wpływ na organizm ludzki.

(Badania przeprowadzono w ramach grantu United States National Institute of Health. Eksperyment był częścią japońskiego bloku ładunkowego CERISE).

Źródła:

Relacja prasowa Uniwersytetu Nottingham.

Timothy Etheridge, Kanako Nemoto, Toko Hashizume, Chihiro Mori, Tomoko Sugimoto, Hiromi Suzuki, Keiji Fukui, Takashi Yamazaki, Akira Higashibata, Nathaniel J. Szewczyk, Atsushi Higashitani. The Effectiveness of RNAi in Caenorhabditis elegans Is Maintained during Spaceflight. PLoS ONE, 2011.

Share.

Comments are closed.