Modificările care ajută ARN-ul mesager să persiste în celulele vii pot da peste cap sinteza proteinelor

Chiar și după miliardele de doze administrate în timpul pandemiei, vaccinurile cu ARN mesager (ARNm) continuă să surprindă. Un studiu publicat astăzi dezvăluie că acestea pot determina neașteptat celulele să producă cantități mici de proteine nedorite. Nu există dovezi că aceste erori pun în pericol siguranța vaccinurilor COVID-19, care au salvat milioane de vieți, iar cercetătorii au propus deja o soluție care ar putea ajuta la îmbunătățirea designului viitoarelor vaccinuri sau medicamente bazate pe ARN-uri, făcându-le mai sigure și mai eficiente.

Alți cercetători spun că nu există nimic alarmant în noul studiu, publicat în Nature, și sunt de acord că ar putea ajuta la îmbunătățirea proiectării tratamentelor cu ARNm încă în curs de dezvoltare. „Studiul de referință” oferă noi perspective asupra modului în care celulele produc proteine atât din ARNm natural, cât și din cel artificial, a declarat virologul Stephen Griffin de la Universitatea din Leeds pentru Centrul Media de Știință din Marea Britanie. El a adăugat că:

„unele dintre viitoarele utilizări terapeutice mai extinse ale tehnologiei ARNului, dincolo de vaccinuri, pot implica doze mai mari și mai frecvente, deci orice probleme posibile trebuie abordate.”

Lanțurile de ARNm transmit planșetele codificate în genele celulelor către mașinaria lor de producere a proteinelor, numită ribozomi. Ribozomii citesc ARNm pe grupuri de trei baze, fiecare dintre aceste așa-numite codonuri specificând un aminoacid din proteină. Potențialele vaccinuri și terapii cu ARNm constau din ARNm artificial care conține rețeta pentru o proteină specifică. Pentru vaccinuri, scopul este de a genera o reacție imună la proteină – de exemplu, proteina spike a coronavirusului pandemic. Terapiile cu ARNm urmăresc să convingă celulele proprii ale unei persoane să producă o proteină care poate trata o boală.

Dar deoarece ARN-ul străin de obicei înseamnă că un virus atacă, celulele tind să-l recunoască și să-l distrugă. Katalin Karikó și Drew Weissman de la Universitatea din Pennsylvania au descoperit cu decenii în urmă că dacă ar modifica una dintre bazele ARN-ului, înlocuind uridinea cu pseudouridine, lanțul modificat ar putea eluda distrugerea suficient timp pentru ca celulele să producă proteina intenționată. Cercetarea, pentru care vor primi Premiile Nobel duminică în Suedia, a ajutat la accelerarea dezvoltării potențialelor vaccinuri și terapii cu ARNm.

Cu toate acestea, noul studiu constată că strategia de modificare a ARN-ului are un dezavantaj. Toxicologienii de la Universitatea din Cambridge Anne Willis și James Thaventhiran și colegii lor s-au întrebat ce efect ar putea avea pseudouridinea asupra procesului de producere a proteinelor. Ribozomii traduc uneori ARN-urile naturale în mod greșit, iar cercetătorii au vrut să știe dacă astfel de greșeli sunt mai frecvente atunci când se introduc baze modificate. Au proiectat ARN-uri care ar determina celulele din eprubetă să producă o proteină fluorescentă doar dacă un ribozom „alunecă” și începe să citească codonii cu trei litere în mod greșit, o eroare cunoscută sub numele de frameshift. Cu ARN-urile naturale, aceasta produce de obicei proteine inactive care sunt descompuse de celulă.

Cercetătorii au descoperit că ARN-urile care conțin forma de pseudouridine utilizată în vaccinurile COVID-19 Pfizer și Moderna erau mult mai susceptibile de a induce proteine cu frameshift decât ARN-urile cu uridine normale. În experimentele lor, aproximativ 8% din proteinele produse din ARN-urile lor experimentale au fost cu frameshift.

Pentru a testa dacă același efect se întâmplă în organism, echipa a comparat reacțiile imune ale șoarecilor vaccinați fie cu vaccinul COVID-19 cu ARNm de la Pfizer, fie cu un vaccin pe bază de ADN mai puțin utilizat de la AstraZeneca. Au descoperit că șoarecii vaccinați cu Pfizer au generat anticorpi împotriva proteinelor cu frameshift, în timp ce animalele vaccinate cu vaccinul AstraZeneca nu au făcut-o.

Cercetătorii au apoi examinat reacțiile imune la 20 de persoane care au primit vaccinul AstraZeneca și 21 care au primit vaccinul Pfizer. Probele de sânge de la aproximativ o treime dintre primitorii Pfizer au arătat o reacție imună la proteinele cu frameshift, în timp ce niciunul dintre probele primitorilor AstraZeneca nu a făcut-o. Niciunul dintre oameni nu a raportat efecte secundare din cauza vaccinului lor specific, iar cercetătorii spun că nu există dovezi că proteina cu frameshift este dăunătoare.

Echipa de la Cambridge a subliniat la o conferință de presă că munca lor nu indică faptul că vaccinurile COVID-19 sunt nesigure. De fapt, Karikó afirmă că frameshifturile apar frecvent în mod natural atunci când celulele infectate produc proteine virale. Aceste proteine cu frameshift pot extinde în mod natural răspunsul imun al organismului, spune ea, așa că este posibil ca vaccinurile COVID-19 care vizează vârful să beneficieze chiar și de o creștere din cauza citirii greșite. Când a fost întrebată despre noul articol, Pfizer nu a comentat direct constatările sale, dar într-o declarație a spus că vaccinurile sale au un „profil beneficiu-risc pozitiv”. Un purtător de cuvânt al Moderna a refuzat să comenteze.

Dar Thaventhiran spune că:

frameshiftul ar putea fi mai important în alte aplicații ale tehnologiei ARN, cum ar fi vaccinurile împotriva cancerului, concepute pentru a declanșa răspunsuri imune la proteinele specifice tumorilor. Pacienții cu cancer sunt susceptibili să fi primit alte tratamente care le modifică imunitatea, așa că ar putea fi mai vulnerabili la proteinele greșite și la orice reacții imune pe care le-ar putea declanșa.

Experimente suplimentare efectuate de echipa de la Cambridge au sugerat un motiv pentru frameshifturi și o modalitate posibilă de a le evita. Grupul a constatat că ribozomii încetinesc când se confruntă cu pseudouridine, mai ales atunci când secvențele conțin mai multe dintre ele la rând. Acest lucru se datorează probabil faptului că bazele modificate „nu se potrivesc la fel de bine” cu ribozomii ca cele standard, ceea ce crește șansa de frameshifturi, spune Willis. Dar există o soluție simplă, spun cercetătorii. Deoarece ARN-ul poate folosi mai mulți codoni pentru un anumit aminoacid, moleculele pot fi proiectate pentru a evita codonii predispuși la alunecare. De exemplu, designerii de ARN pot folosi secvențele UUC (două pseudouridine și o citidină) în loc de UUU (trei pseudouridine). Ambele codifică pentru același aminoacid, dar prima ar trebui să producă mai puține erori. Este un pic ca și cum ai scrie „mamă” în loc de „mami”, spune Willis. „Înseamnă același lucru.”

Cercetătorii au dezvoltat un algoritm care identifică secvențele potențial problematice și le înlocuiește cu altele mai puțin susceptibile de a provoca alunecări. Datorită codonilor sinonimi, aceeași proteină este totuși produsă, doar mai precis, spune Willis.

„Este o reparație atât de ușoară, asta e ceea ce e atât de interesant la ea.”

Rolf Marschalek, un biolog molecular de la Universitatea Goethe din Frankfurt, spune că ar dori să vadă mai multe dovezi înainte de a fi convins că frameshifturile sunt o problemă semnificativă pentru ARN-urile modificate. Cu toate acestea, el este de acord că noul studiu nu este un motiv de îngrijorare cu privire la siguranța vaccinurilor COVID-19 cu ARNm.

„Este o problemă mult mai mare faptul că oamenii subestimează varianta Omicron și nu primesc doza de rapel actualizată”, spune el.

În concluzie, studiul recent arată că vaccinurile COVID-19 cu ARNm pot produce cantități mici de proteine nedorite. Cu toate acestea, nu există dovezi că aceste proteine sunt dăunătoare. Cercetătorii au propus o soluție simplă care ar putea ajuta la reducerea riscului de frameshifturi în viitor.