Genetyka Dla SMAków Cz. III: Molekularny Plaster – Jaki Jest Mechanizm Działania Nusinersenu?

Genetyka dla SMAków cz. III: Molekularny plaster – Jaki jest mechanizm działania nusinersenu?

Dzisiaj pochylimy się nad jedynym, póki co, dostępnym w Europie lekiem na rdzeniowy zanik mięśni. Jeśli wasze zmagania z SMA trwają ponad trzy lata, to razem z resztą społeczności mogliście cieszyć się jego zatwierdzeniem przez FDA dokładnie 23 grudnia 2016 roku, a przez EMA kilka miesięcy później. Co właściwie robi ta niezwykła cząsteczka?

Żeby odpowiedzieć na to pytanie, znów musimy się cofnąć do fundamentalnej biologii i budowy komórki człowieka. Jak pamiętacie z części I, informacje do budowy ludzkiego ciała zapisane są w ogromnej cząsteczce zwanej DNA. DNA dzieli się na sekwencje (ciągi) kodujące – czyli geny, i niekodujące. Geny stanowią tylko 2% DNA. Przez jakiś czas uważano, że cała reszta, czyli 98% DNA, nie ma żadnego znaczenia i nazywano ją nawet śmieciowym DNA (junk DNA). Dzisiaj wiemy jednak, że wcale tak nie jest. Te części co prawda nie zawierają instrukcji do produkcji białek, ale regulują, można powiedzieć: nadzorują jej przebieg.

Jak już wiecie, i sam gen podzielony jest na sekwencje kodujące = eksony = koraliki, które oddzielone są od siebie tymi niekodującymi = intronami = łańcuszkiem, który zostaje w pewnym momencie wycięty, aby przykleić koraliki bezpośrednio do siebie. Gen SMN2, który ma każdy chory, składa się z 8 koralików i 8 części łańcuszka.

Wiecie też, że w genie SMN2 doszło w ewolucji do drobnej, ale ważnej zmiany, która powoduje, że koralik nr 7 wypada przy jego składaniu. W konsekwencji gen SMN2 w większości produkuje za krótkie białko (tzw. SMN delta 7), które nie działa.

Naukowcy badając SMA wiedzieli już, że te ciągi niekodujące nie są w naszym genomie „przy okazji”, tylko pełnią ważne funkcje. Szukali w łańcuszkach genu SMN2 takiego fragmentu, który decyduje o tym, że koralik nr 7 jest włączony do ostatecznej instrukcji. W 2004 roku odkryli krótki fragment, nazwany ISS-N1 [1]. Znajduje się on w łańcuszku (intronie) nr 7, między koralikiem 7 a koralikiem 8. Obecność tego fragmentu powodowała wypadanie koralika nr 7. Zauważyli, że jeśli „ukryją” ten fragment przed maszynerią komórkową, to wtedy koralik nr 7 jest włączony do instrukcji i produkowane jest więcej prawidłowego SMN [2].

Można powiedzieć, że nusinersen to taki „molekularny plaster”. Pasuje idealnie do ciągu ISS-N1 i zakrywa go. Dzięki temu komórka „myśli”, że tego fragmentu w ogóle nie ma. I w konsekwencji włącza koralik nr 7 do produkowanego białka, i powstaje więcej funkcjonalnego SMN.


W nusinersenie piękne jest to, że pasuje on tylko do tego konkretnego fragmenty RNA: ISS-N1 w genie SMN2, nie pasuje do niczego innego. Dzięki temu wpływa tylko na składanie genu SMN2, a nie wpływa na składanie innych genów. Jest bardzo precyzyjny, co zmniejsza jego skutki uboczne.

Od odkrycia fragmentu ISS-N1 do zaaprobowania nusinersenu minęło 12 lat – i powiem Wam, że w świecie pracy nad nowymi lekami to jest całkiem szybko!

Co to znaczy, że nusinersen jest antysensownym oligonukleotydem?

I znów kłania się biologia. Najmniejszym kawałeczkiem budującym DNA lub gen jest tak zwany nukleotyd (łapka). W całym naszym organizmie są tylko cztery różne nukleotydy oznaczone literkami A, C, G i T. To niesamowite, że całe nasze DNA, cała instrukcja do zbudowania człowieka, składa się tylko z ciągu czterech liter, ale tak naprawdę jest.

DNA wygląda jak drabina, którą ktoś bardzo mocno poskręcał, to dwie nici połączone szczebelkami (idziemy do cioci Google i wpisujemy „DNA grafika”).

Poprzeczne szczebelki to dwię połączone ze sobą łapki. Łapki są wybredne. Jeśli na jednej stronie drabiny (pół szczebelka) jest łapka A, to przywita się ona tylko z T na drugim szczebelku, jeśli na jednym jest C, to na drugim będzie G. Zawsze tworzone są pary A-T i C-G.

DNA ma dwie nici – tak jak drabina ma dwie długie części. Jedna zawiera informację do kodowania białka – to nić sensowna. Druga nić tylko łączy się z tą sensowną, żeby ochronić ją przed zniszczeniem, ona nic nie koduje – to nić antysensowna. Z DNA informacja przepisywana jest na RNA.

RNA ma jedną nić, tylko sensowną, bo tylko ta jest potrzebna do produkcji białka. Druga nić jest zbędna. W RNA nie ma T, tylko jest U, ale zasada jest ta sama – A łączy się z U, a C łączy się z G.

Ten fragment ISS-N1 to fragment RNA o ciągu literek: CCAGCAUUAUGAAAG

Nusinersen to też ciąg tych literek, dokładnie pasujących do ISS-N1. Sami możecie zabawić się w naukowca i zaprojektować nusinersen na podstawie ciągu ISS-N1, podążając za regułami A-U, C-G (odpowiedź na końcu).

Nusinersen łączy się z sensowną nicią RNA, więc on sam jest antysensowny, bo nic nie koduje. Składa się on z kilkunastu (dokładnie osiemnastu) nukleotydów, więc jest oligonukleotydem – oligo znaczy kilka, niewiele. Olignukleotyd antysensowny – to brzmi dumnie.

Dlaczego nusinersen trzeba podawać dokanałowo?

Ze względu na swoją budowę nusinersen nie przechodzi przez barierę krew-mózg. Ta bariera to niezwykle szczelne skupisko komórek między naczyniami krwionośnymi w głowie a samym mózgiem. Jej celem jest ochrona mózgu, naszego najważniejszego i najdelikatniejszego organu, przed szkodliwymi substancjami. Rdzeń kręgowy również znajduje się poza tą barierą. Oczywiście są substancje, które przez nią przenikają (alkoholu nie muszę nikomu przedstawiać), ale nusinersen jest zbyt duży. Dlatego, aby nusinersen zadziałał na neurony motoryczne znajdujące się w rdzeniu kręgowym, za barierą, musi zostać podany bezpośrednio dokanałowo.

Czyli podsumowując:

  • nusinersen powoduje, że z genu SMN2 jest produkowane więcej prawidłowego białka SMN. Wykorzystuje to, że każdy chory posiada SMN2.
  • działa jak molekularny plaster – zakrywa fragment, który powoduje wypadanie koralika nr 7. W konsekwencji więcej koralika nr 7 jest uwzględnione w instrukcji.
  • jest antysensownym oligonukleotydem – czyli nic nie koduje i składa się z kilkunastu nukleotydów (klocków)
  • musi być podawany dokanałowo, bo nie przechodzi przez barierę krew-mózg.

W następnym odcinku: jak działa terapia genowa.


Odpowiedź – jaki ciąg literek zawiera nusinersen?

G G U C G U A A U A C U U U C

bo pasuje ISS-N1:

C C A G C A U U A U G A A A G


Na podstawie:

[1] N. K. Singh and R. N. Singh, “Splicing of a Critical Exon of Human,” Molecular and Cellular Biology, vol. 26, no. 4, pp. 1333–1346, 2006.

[2] N. N. Singh, M. D. Howell, E. J. Androphy, and R. N. Singh, “How the discovery of ISS-N1 led to the first medical therapy for spinal muscular atrophy,” Gene Therapy. 2017.

Seria: Doniesienia naukowe
Back To Top