211service.com
Hur gentystnad kan ge botemedel
Förmågan att selektivt tysta gener genom en teknik som kallas RNA-interferens (RNAi) har revolutionerat biologin. När forskare ger en cell i labbet en dubbelsträngad RNA-kopia av en specifik gen, kommer cellen att förhindra att dess ursprungliga kopia av den genen uttrycks. Forskare kan nu studera funktionen hos vilken gen som helst genom att tysta den med RNAi och sedan övervaka hur en cells verksamhet påverkas. Behandlinger som förlitar sig på tekniken för att bekämpa sjukdomar som makuladegeneration är för närvarande i kliniska prövningar (se RNAi-terapier under utveckling ).
RNA-interferens upptäcktes först av Andrew Fire och Craig Mello genom deras arbete med C. elegans maskar, som visas ovan. (Kredit: James King-Holmes / Science Photo Library)
RNAi observerades första gången i petuniaväxter 1990 av forskare vid DNA Plant Technology Corporation i Oakland, Kalifornien, men vid den tidpunkten visste de inte hur eller varför det hände. År 1998, forskare under ledning av Andrew Fire , nu professor i patologi och genetik vid Stanford Medical School, och Craig Mello , numera professor i molekylär medicin vid University of Massachusetts Medical School, karakteriserade mekanismen för gentystnad. Deras noggranna experiment på maskar visade att dubbelsträngat RNA är nyckelspelaren. Det fanns en hel del oförklarliga fenomen som vi började lägga som ett pussel som såg ut som en ren RNA-historia, säger Fire. Paret vann 2006 Nobelpriset i fysiologi eller medicin för deras 1998 arbete med RNAi.
RNAi förekommer naturligt, säger Fire, och är ett av cellers verktyg för att reglera genuttryck. Fenomenet verkar spela en roll för att bekämpa virusinfektioner och kan också vara involverat i de molekylära förändringar som gör att cellerna blir cancerösa. Teknikgranskning pratade med Andrew Fire om potentialen hos RNAi för terapi och om hans nuvarande arbete med hur gentystnad är inblandad i sjukdomar som cancer.
Teknikgranskning : Generellt sett, hur fungerar RNA-interferens?
Andrew Fire: Mekanismen involverar i grunden igenkänning och respons. När en cell ser dubbelsträngat RNA är dess första svar att skära upp det i bitar, vilket är förståeligt med tanke på att dubbelsträngat RNA är en karakteristisk struktur när virus replikerar. Om cellen ser det är det en bra idé att skära upp det. Men cellen går ett steg bortom det. Den vill inte bara hacka sönder grejerna, utan den vill gå och hitta allt som ser ut som det, ifall den har missat något RNA som har hittat sin väg till att vara enkelsträngad (cellen har inte lika lätt en tid för att känna igen skadligt enkelsträngat RNA). Så cellen tar bitarna av RNA som har hackats upp, och den söker efter saker som liknar dem. Hittar den något så skär den upp det. Det är inte bara det att den hackar upp en hotfull molekyl, utan den använder sedan informationen för att gå efter saker som ser ut så, för att se till att den inte kommer att bli offer för en sekvens som kommer från dubbelsträngat RNA-dubbelsträngat RNA vara en indikator för cellen att en RNA-molekyl replikerar, för det är då den skulle gå igenom dubbelsträngad form.
RNAi-terapier under utveckling
Sjukdom UtvecklingsstadiumFöretagMakuladegeneration Går in i kliniska prövningar i fas II i år Sirna, Acuity Respiratoriskt syncytialvirus (lunginfektion) Går in i kliniska prövningar i fas IIAlnylamViral hepatit Ansöker om att påbörja kliniska prövningarSirnaParkinsons sjukdomPreklinisk forskningAlnylam
BARN : Tror du att RNA-interferens uppstod som ett sätt att bekämpa virus?
AV : De flesta människor på fältet skulle acceptera förslaget – från personer som arbetar i anläggningar från början, inte vi – att detta är ett antiviralt system. Det är lite mindre tydligt i däggdjurssystem, men jag tror att det också kommer att vara sant. En av funktionerna i hela [RNAi]-systemet är antiviral, men det finns förmodligen andra funktioner också, och vi skulle vilja lära oss om de funktionerna hos maskar.
BARN : Är du involverad i någon av de startups som utvecklar RNA-interferensterapi?
AV : Bara som hejarklack. Jag har inget direkt engagemang, men jag känner ett gäng personer på Alynylam, Sirna, Isis och ett par andra inblandade företag. Jag har njutit av att titta på dem. Människor som är inblandade i dessa företag har varit väldigt försiktiga med vad de säger eftersom det inte är klart om det kommer att fungera nästa år, om det första försöket eller det femtonde försöket kommer att fungera, hur många gånger vi måste gå tillbaka till lab för ett givet mål eller en given sjukdomstillämpning för att verkligen ta reda på saker mer. Jag tror att både den tekniska sidan och de finansiella människorna är medvetna om att det måste vara ett långsiktigt projekt som kan bära frukt på kort sikt men som troligen kommer att vara något som kommer att fungera på lång sikt.
Principen är mycket bra. Om du kunde få RNA till målet skulle du kunna få några riktigt coola terapier. Inte för att man skulle kunna bota allt, inte för att allt skulle fungera perfekt, men det finns vissa saker. Leverans är en stor fråga i det hela. Det finns en del bra kreativt arbete som har gjorts, men varje gång ett nytt leveranssystem uppfinns, eller till och med en modifiering görs, behöver det sina egna kliniska tester för effektivitet, säkerhet och specificitet. Det är något som gör att arbetet av naturen inte är omedelbart. Det är inte att säga att några av de första försöken som pågår inte kommer att bli framgångsrika, men jag tror att vi alla hoppas att det kommer mer.
BARN : Vad jobbar du med nu?
AV : Vi arbetar med grundläggande mekanismer för tystnad i vår favoritmodell, som fortfarande är masken, och hur dessa mekanismer regleras och vad de gör för själva organismen. [Vi letar också efter] gen-tystande händelser vid sjukdom. Det finns människor här [på Stanford] som har en enorm kunskap om olika detaljer om normal och sjuk vävnad, och där vi kan leta efter specifika fall där sjukdom och optimal behandling korrelerar med mekanismen för att tysta genen. Vi försöker ta reda på i specifika fall hur [egenskaperna hos en vävnad] korrelerar med engagemanget av gen-tystnadsmekanismen. Vi ser fram emot att försöka hitta exempel där vi förstår vad som händer och hitta fall där vi kan vägleda terapi eller vägleda intelligenta [behandling] beslut, för tumörer i synnerhet, baserat på den molekylära karaktären hos vissa vävnader.
BARN : Kan du ge mig ett exempel på en sjukdom där gentystnad är inblandad?
AV : Cancer är verkligen den största spelaren på det området. Massor av gener tystas i cancer; det har varit känt ett bra tag. De verkar involvera små-RNA-beroende mekanismer. Några av de typer av gener som tystas är inblandade i att kontrollera cellcykeln: om du tystar dessa gener får du celler som kan bli maligna. Det är ett multihitfenomen; det finns många olika förändringar i den genetiska förmågan hos celler som fortsätter i cancer. Det ser ut från preliminära resultat på annat håll att några av förändringarna sannolikt involverar små RNA.
BARN : Har ditt arbete med gentystnad i könsceller några tillämpningar för stamcellsforskning?
AV : Könsceller [som ger upphov till spermier och ägg] verkar behöva hålla sig igång baserat på några inneboende mekanismer som liknar stamcellsmekanismer. RNAi-maskineriet verkar vara inblandat i det, men ingen vet hur den anslutningen är uppbyggd. Det finns några intressanta kopplingar mellan RNA-regleringsområdet och stamcellsforskning. Det finns ett stort intresse för vuxna stamceller och hur RNAi kan användas antingen för att förstå dem eller för att börja ta isär de mekanismer som är ansvariga för deras funktion.