Vloga cepiv krožne RNA: Difference between revisions
Saravince23 (talk | contribs) No edit summary |
Saravince23 (talk | contribs) No edit summary |
||
| Line 1: | Line 1: | ||
==Uvod== | ==Uvod== | ||
V zadnjih letih so krožne RNA (circRNA) zaradi svoje edinstvene zgradbe in številnih funkcij pritegnile veliko pozornosti kot obetavni kandidati za cepiva naslednje generacije. | V zadnjih letih so krožne RNA (circRNA) zaradi svoje edinstvene zgradbe in številnih funkcij pritegnile veliko pozornosti kot obetavni kandidati za cepiva naslednje generacije. | ||
Splošno o circRNA | ==Splošno o circRNA== | ||
Krožna RNA (circRNA) je ena od vrst nekodirajoče, kovalentno zaprte enojne verige RNA. Nastane večinoma iz pre-mRNA, ki nima 5'-končne kape in 3'-končnega poliA repa, v krožno obliko pa se oblikuje s specifičnim alternativnim spajanjem. CircRNA izvirajo predvsem iz eksonov, poleg eksonske (EcircRNA) circRNA pa poznamo še intronske (ciRNA) ter eksonintronske (EIcircRNA) circRNA. CircRNA, ki izhajajo iz eksonov, imajo pomembnejšo vlogo v citoplazmi, tiste circRNA, ki izhajajo iz intronov pa imajo regulatorno vlogo v jedru. Za oblikovanje krožne RNA iz linearne oblike so potrebni različni RNA vezavni proteini (RBP) ali pa Alu elementi. Alu elementi zagotovijo, da se regije, ki se morajo povezati (da se linearna RNA preoblikuje v circRNA) dovolj približajo in interagirajo. Zaradi krožne strukture so circRNA bolj stabilne od linearne mRNA, saj so odporne na razgradnjo z RNazo R, prav tako pa je njihova razpolovna doba približno 10-krat daljša od linearne RNA ob zdravljenju z aktinomicinom D. | Krožna RNA (circRNA) je ena od vrst nekodirajoče, kovalentno zaprte enojne verige RNA. Nastane večinoma iz pre-mRNA, ki nima 5'-končne kape in 3'-končnega poliA repa, v krožno obliko pa se oblikuje s specifičnim alternativnim spajanjem. CircRNA izvirajo predvsem iz eksonov, poleg eksonske (EcircRNA) circRNA pa poznamo še intronske (ciRNA) ter eksonintronske (EIcircRNA) circRNA. CircRNA, ki izhajajo iz eksonov, imajo pomembnejšo vlogo v citoplazmi, tiste circRNA, ki izhajajo iz intronov pa imajo regulatorno vlogo v jedru. Za oblikovanje krožne RNA iz linearne oblike so potrebni različni RNA vezavni proteini (RBP) ali pa Alu elementi. Alu elementi zagotovijo, da se regije, ki se morajo povezati (da se linearna RNA preoblikuje v circRNA) dovolj približajo in interagirajo. Zaradi krožne strukture so circRNA bolj stabilne od linearne mRNA, saj so odporne na razgradnjo z RNazo R, prav tako pa je njihova razpolovna doba približno 10-krat daljša od linearne RNA ob zdravljenju z aktinomicinom D. | ||
Ob analizi podatkov metazojskih transkriptomov se je pokazalo, da veliko transpozicijskih elementov proizvaja velike količine circRNA. Sprva so mislili, da je circRNA stranski produkt napačnega spajanja, s pomočjo visokozmogljivega sekvenciranja pa so odkrili veliko število fiziološko funkcionalne circRNA. Evolucijsko ohranjene circRNA prevladujejo v evkariontskih celicah, v katerih se pretežno nahajajo v citoplazmi ali eksosomih, le malo pa jih je tudi v jedru. | Ob analizi podatkov metazojskih transkriptomov se je pokazalo, da veliko transpozicijskih elementov proizvaja velike količine circRNA. Sprva so mislili, da je circRNA stranski produkt napačnega spajanja, s pomočjo visokozmogljivega sekvenciranja pa so odkrili veliko število fiziološko funkcionalne circRNA. Evolucijsko ohranjene circRNA prevladujejo v evkariontskih celicah, v katerih se pretežno nahajajo v citoplazmi ali eksosomih, le malo pa jih je tudi v jedru. | ||
Funkcije circRNA in primeri | ==Funkcije circRNA in primeri== | ||
CircRNA ima različne funkcije. Poleg regulativnih procesov so vključene tudi v kodiranje proteinov, s čimer igrajo pomembno vlogo v uravnavanju fizioloških in patoloških mehanizmov v organizmu. CircRNA so bile raziskane kot konkurenčne endogene RNA (ceRNA). Te delujejo kot spužve miRNA, kar pomeni da tekmujejo z ostalimi RNA transkripti za skupne miRNA. CircRNA lahko tudi z MRES delujejo kot spužve za miRNA v citoplazmi tako, da tekmujejo s ciljnimi geni za vezavo na miRNA, s tem pa zavirajo izražanje teh genov, posledično pa se poveča količina mRNA. Prav tako obstaja primer, kjer eksosom, ki ga inducira HedgehogGli1 circ-0011536, deluje kot spužva za miR-451a, ki spodbuja izražanje vsestranskega rastnega faktorja (VGF – versatile growth factor) in aktivira Hedgehog signalno pot, da regulira duktalni adenokarcinom v trebušni slinavki. Prav tako pa obstaja circANAPC7, ki deluje kot spužva za miR-373, ki zavira rast tumorja in atrofijo mišic tako in vitro kot in vivo. | CircRNA ima različne funkcije. Poleg regulativnih procesov so vključene tudi v kodiranje proteinov, s čimer igrajo pomembno vlogo v uravnavanju fizioloških in patoloških mehanizmov v organizmu. CircRNA so bile raziskane kot konkurenčne endogene RNA (ceRNA). Te delujejo kot spužve miRNA, kar pomeni da tekmujejo z ostalimi RNA transkripti za skupne miRNA. CircRNA lahko tudi z MRES delujejo kot spužve za miRNA v citoplazmi tako, da tekmujejo s ciljnimi geni za vezavo na miRNA, s tem pa zavirajo izražanje teh genov, posledično pa se poveča količina mRNA. Prav tako obstaja primer, kjer eksosom, ki ga inducira HedgehogGli1 circ-0011536, deluje kot spužva za miR-451a, ki spodbuja izražanje vsestranskega rastnega faktorja (VGF – versatile growth factor) in aktivira Hedgehog signalno pot, da regulira duktalni adenokarcinom v trebušni slinavki. Prav tako pa obstaja circANAPC7, ki deluje kot spužva za miR-373, ki zavira rast tumorja in atrofijo mišic tako in vitro kot in vivo. | ||
Pomembna regulatorna funkcija circRNA je prav tako interakcija s proteini, načinov interakcij pa je možnih več. Lahko se vežejo na RBP in s tem uravnavajo funkcije teh proteinov, lahko pa circRNA delujejo kot spužve za proteine. Ob vezavi na protein, circRNA olajšajo interakcije protein–protein. Na primer, circHIPK3 deluje kot proteinsko ogrodje, ki spodbuja vezavo E3 ubikvitin ligaze β-TrCP in HuR, kar vodi do ubikvitinacije in razgradnje HuR. CircRNA ima še funkcijo, da lahko zbira proteine na določene lokacije. Na primer, circRHOT1 prenaša KAT5 v jedro za interakcijo s promotorjem NR2F6. Vse te interakcije vplivajo na transkripcijo genov in uravnavajo fiziološke funkcije organizma. | Pomembna regulatorna funkcija circRNA je prav tako interakcija s proteini, načinov interakcij pa je možnih več. Lahko se vežejo na RBP in s tem uravnavajo funkcije teh proteinov, lahko pa circRNA delujejo kot spužve za proteine. Ob vezavi na protein, circRNA olajšajo interakcije protein–protein. Na primer, circHIPK3 deluje kot proteinsko ogrodje, ki spodbuja vezavo E3 ubikvitin ligaze β-TrCP in HuR, kar vodi do ubikvitinacije in razgradnje HuR. CircRNA ima še funkcijo, da lahko zbira proteine na določene lokacije. Na primer, circRHOT1 prenaša KAT5 v jedro za interakcijo s promotorjem NR2F6. Vse te interakcije vplivajo na transkripcijo genov in uravnavajo fiziološke funkcije organizma. | ||
Poleg omenjenih funkcij je circRNA zmožna kodirati proteine, saj vsebuje zapis za le te, a le v primeru, ko ima modifikacije m6A ali IRES. IRES neposredno zbira ribosome, modifikacija m6A pa veže evkariontski iniciacijski faktor 3 (eIF3) za začetek translacije. | Poleg omenjenih funkcij je circRNA zmožna kodirati proteine, saj vsebuje zapis za le te, a le v primeru, ko ima modifikacije m6A ali IRES. IRES neposredno zbira ribosome, modifikacija m6A pa veže evkariontski iniciacijski faktor 3 (eIF3) za začetek translacije. | ||
RNA terapevtika | ==RNA terapevtika== | ||
Cepiva predstavljajo eno ključnih tehnologij v boju proti različnim boleznim, pri čemer pomembno inovacijo prinašajo cepiva na osnovi nukleinskih kislin. Njihove prednosti so stabilnost, trajnost ter biorazgradljivost. Mednje sodijo tudi cepiva na osnovi krožne RNA (circRNA), ki izkazujejo izjemno stabilnost, sprožajo močne imunske odzive ter omogočajo tvorbo znatnih količin nevtralizirajočih protiteles. Zaradi teh lastnosti se circRNA uvršča med perspektivne kandidate v razvoju sodobnih cepiv. | Cepiva predstavljajo eno ključnih tehnologij v boju proti različnim boleznim, pri čemer pomembno inovacijo prinašajo cepiva na osnovi nukleinskih kislin. Njihove prednosti so stabilnost, trajnost ter biorazgradljivost. Mednje sodijo tudi cepiva na osnovi krožne RNA (circRNA), ki izkazujejo izjemno stabilnost, sprožajo močne imunske odzive ter omogočajo tvorbo znatnih količin nevtralizirajočih protiteles. Zaradi teh lastnosti se circRNA uvršča med perspektivne kandidate v razvoju sodobnih cepiv. | ||
Dostava circRNA cepiv v telo | ==Dostava circRNA cepiv v telo== | ||
Cepiva na osnovi circRNA se v telo vnašajo z injekcijo v tkivo. Za njihovo dostavo se uporabljajo sistemi lipidnih nanodelcev (LNP), ki vstopajo v celice preko endocitoze. Po sprostitvi circRNA v citoplazmo se ta začne prevajati v antigenske proteine, ki sprožijo imunski odziv. | Cepiva na osnovi circRNA se v telo vnašajo z injekcijo v tkivo. Za njihovo dostavo se uporabljajo sistemi lipidnih nanodelcev (LNP), ki vstopajo v celice preko endocitoze. Po sprostitvi circRNA v citoplazmo se ta začne prevajati v antigenske proteine, ki sprožijo imunski odziv. | ||
Kljub obetavnosti pa obstajajo izzivi pri dostavi eksogenih RNA molekul v celice. Krožne RNA so lahko tarča razgradnje z RNazami, poleg tega pa negativni naboj RNA otežuje prehod skozi celične membrane. | Kljub obetavnosti pa obstajajo izzivi pri dostavi eksogenih RNA molekul v celice. Krožne RNA so lahko tarča razgradnje z RNazami, poleg tega pa negativni naboj RNA otežuje prehod skozi celične membrane. | ||
Lipidni nanodelci | ==Lipidni nanodelci== | ||
Liposomi so zaradi visoke biokompatibilnosti, biorazgradljivosti in sposobnosti enkapsulacije različnih tovorov tipičen sistem za prenos cepiv. Lipidni nanodelci (LNP) predstavljajo naprednejšo obliko liposomov. So sintetično oblikovani nanodelci sestavljeni iz različnih lipidnih komponent, predvsem iz fosfolipidov, kationskih lipidov, holesterola in polietilen glikolnih lipidov. LNP ščitijo RNA pred razgradnjo, olajšajo njen vstop v celice in sprožijo učinkovit imunski odziv. Zaradi tega so eden najpomembnejših nosilcev zdravil na osnovi nukleinskih kislin, se pa pri njih soočamo z omejeno nosilnostjo in slabo stabilnostjo. Njihovo funkcionalnost je mogoče izboljšati z modifikacijami površine, kar omogoča boljše ciljanje in povečuje potencial za uporabo v genski terapiji. | Liposomi so zaradi visoke biokompatibilnosti, biorazgradljivosti in sposobnosti enkapsulacije različnih tovorov tipičen sistem za prenos cepiv. Lipidni nanodelci (LNP) predstavljajo naprednejšo obliko liposomov. So sintetično oblikovani nanodelci sestavljeni iz različnih lipidnih komponent, predvsem iz fosfolipidov, kationskih lipidov, holesterola in polietilen glikolnih lipidov. LNP ščitijo RNA pred razgradnjo, olajšajo njen vstop v celice in sprožijo učinkovit imunski odziv. Zaradi tega so eden najpomembnejših nosilcev zdravil na osnovi nukleinskih kislin, se pa pri njih soočamo z omejeno nosilnostjo in slabo stabilnostjo. Njihovo funkcionalnost je mogoče izboljšati z modifikacijami površine, kar omogoča boljše ciljanje in povečuje potencial za uporabo v genski terapiji. | ||
Alternativni sistemi dostave circRNA | ==Alternativni sistemi dostave circRNA== | ||
Poleg LNP obstajajo tudi alternativni sistemi za dostavo circRNA: gola RNA, zunajcelični vezikli (EV) in virusom podobni delci (VLP). | Poleg LNP obstajajo tudi alternativni sistemi za dostavo circRNA: gola RNA, zunajcelični vezikli (EV) in virusom podobni delci (VLP). | ||
Gola RNA | ===Gola RNA=== | ||
Dostava gole RNA je tehnično najpreprostejša metoda, vendar jo večina celic težko privzame z izjemo APC celic. Zato se uporablja predvsem v raziskovalnih in lokaliziranih aplikacijah. | Dostava gole RNA je tehnično najpreprostejša metoda, vendar jo večina celic težko privzame z izjemo APC celic. Zato se uporablja predvsem v raziskovalnih in lokaliziranih aplikacijah. | ||
Zunajcelični vezikli | ===Zunajcelični vezikli=== | ||
Zunajcelični vezikli so naravni nosilci, ki jih izločajo celice in so sestavljeni iz lipidov, proteinov ter nukleinskih kislin. Imajo sposobnost združevanja s plazemsko membrano ciljnih celic, kar jim omogoča neposreden vstop. Njihove prednosti so nizka imunogenost in večja stabilnost v primerjavi z LNP. Vendar pa njihovo širšo uporabo omejujejo tehnične težave pri izolaciji in variabilnost glede na izvorne celice. | Zunajcelični vezikli so naravni nosilci, ki jih izločajo celice in so sestavljeni iz lipidov, proteinov ter nukleinskih kislin. Imajo sposobnost združevanja s plazemsko membrano ciljnih celic, kar jim omogoča neposreden vstop. Njihove prednosti so nizka imunogenost in večja stabilnost v primerjavi z LNP. Vendar pa njihovo širšo uporabo omejujejo tehnične težave pri izolaciji in variabilnost glede na izvorne celice. | ||
Virusom podobni delci | ===Virusom podobni delci=== | ||
Virusom podobni delci (VLP) so sestavljeni iz virusnih strukturnih proteinov in morfološko spominjajo na viruse. Združujejo lastnosti virusnih in nevirusnih vektorjev, omogočajo ciljanje in dostavo, a jih imunski sistem lahko odstrani. Poleg tega je njihova proizvodnja tehnično zahtevna. | Virusom podobni delci (VLP) so sestavljeni iz virusnih strukturnih proteinov in morfološko spominjajo na viruse. Združujejo lastnosti virusnih in nevirusnih vektorjev, omogočajo ciljanje in dostavo, a jih imunski sistem lahko odstrani. Poleg tega je njihova proizvodnja tehnično zahtevna. | ||
Stabilnost circRNA v primerjavi z mRNA | ==Stabilnost circRNA v primerjavi z mRNA== | ||
Stabilnost cepiv je ključen dejavnik njihove učinkovitosti. mRNA cepiva omogočajo hiter razvoj, enostavno proizvodnjo in ne vsebujejo virusnih komponent. Vendar je mRNA v citoplazmi občutljiva na hitro razgradnjo z RNazami. Nasprotno pa je circRNA zaradi zaprte, krožne strukture odporna na eksonukleaze, kar ji omogoča dolgotrajno in stabilno izražanje antigena. To vodi do večje akumulacije antigenskih proteinov in dolgotrajnejšega imunskega spomina, kar lahko zmanjša potrebo po večkratnem cepljenju, zniža stroške proizvodnje in zmanjša tveganje za toksičnost | Stabilnost cepiv je ključen dejavnik njihove učinkovitosti. mRNA cepiva omogočajo hiter razvoj, enostavno proizvodnjo in ne vsebujejo virusnih komponent. Vendar je mRNA v citoplazmi občutljiva na hitro razgradnjo z RNazami. Nasprotno pa je circRNA zaradi zaprte, krožne strukture odporna na eksonukleaze, kar ji omogoča dolgotrajno in stabilno izražanje antigena. To vodi do večje akumulacije antigenskih proteinov in dolgotrajnejšega imunskega spomina, kar lahko zmanjša potrebo po večkratnem cepljenju, zniža stroške proizvodnje in zmanjša tveganje za toksičnost | ||
V stresnih pogojih, kot so virusne okužbe ali celična apoptoza, celice zavrejo prevajanje proteinov, vključno z linearnimi mRNA, ki so odvisne od prisotnosti kape (5'-cap). Prevajanje circRNA pa poteka preko IRES (internal ribosome entry site) ali IRES-podobnih elementov, ki omogočajo neodvisno vezavo ribosoma brez potrebe po kapi. Zato stresni pogoji, ki zavirajo prevajanje kape-odvisne RNA, ne vplivajo bistveno na prevajanje circRNA, kar ohranja učinkovitost cepiva tudi v neugodnih celičnih razmerah. | V stresnih pogojih, kot so virusne okužbe ali celična apoptoza, celice zavrejo prevajanje proteinov, vključno z linearnimi mRNA, ki so odvisne od prisotnosti kape (5'-cap). Prevajanje circRNA pa poteka preko IRES (internal ribosome entry site) ali IRES-podobnih elementov, ki omogočajo neodvisno vezavo ribosoma brez potrebe po kapi. Zato stresni pogoji, ki zavirajo prevajanje kape-odvisne RNA, ne vplivajo bistveno na prevajanje circRNA, kar ohranja učinkovitost cepiva tudi v neugodnih celičnih razmerah. | ||
Vloga cepiv circRNA pri zdravljenju tumorjev | ==Vloga cepiv circRNA pri zdravljenju tumorjev== | ||
Cepiva mRNA, ki se uporabljajo za zdravljenje raka, so enostavna za proizvodnjo in povzročajo malo stranskih učinkov, vendar imajo omejitve, kot sta nizka stabilnost in kratkotrajno izražanje antigenov. Cepiva circRNA te pomanjkljivosti odpravljajo, saj omogočajo stabilno in dolgotrajno izražanje antigenov prek nekanonskega (nekonvencionalnega) prevajanja. | Cepiva mRNA, ki se uporabljajo za zdravljenje raka, so enostavna za proizvodnjo in povzročajo malo stranskih učinkov, vendar imajo omejitve, kot sta nizka stabilnost in kratkotrajno izražanje antigenov. Cepiva circRNA te pomanjkljivosti odpravljajo, saj omogočajo stabilno in dolgotrajno izražanje antigenov prek nekanonskega (nekonvencionalnega) prevajanja. | ||
CircRNA cepiva lahko kodirajo: | CircRNA cepiva lahko kodirajo: | ||
| Line 56: | Line 45: | ||
Če cepiva ciljajo le omejeno število antigenov, to zmanjšuje učinkovitost pri zdravljenju heterogenih tumorjev, zato so pomemben napredek prinesle kombinacije s terapijami CAR-T, TCR-T in PD-1. | Če cepiva ciljajo le omejeno število antigenov, to zmanjšuje učinkovitost pri zdravljenju heterogenih tumorjev, zato so pomemben napredek prinesle kombinacije s terapijami CAR-T, TCR-T in PD-1. | ||
Uporaba cepiv circRNA pri terapiji CAR-T in TCR-T | ==Uporaba cepiv circRNA pri terapiji CAR-T in TCR-T== | ||
CAR-T terapija vključuje odvzem T-celic iz bolnika, njihovo gensko spremembo za izražanje himernih antigenskih receptorjev (CAR), ki prepoznajo tumorske antigene. Nato jih razmnožijo in vrnejo v telo. Učinkovita je predvsem pri krvnih rakih, vendar je postopek drag, dolgotrajen in manj uspešen pri solidnih tumorjih, ker vsebujejo antigene znotraj celic. | CAR-T terapija vključuje odvzem T-celic iz bolnika, njihovo gensko spremembo za izražanje himernih antigenskih receptorjev (CAR), ki prepoznajo tumorske antigene. Nato jih razmnožijo in vrnejo v telo. Učinkovita je predvsem pri krvnih rakih, vendar je postopek drag, dolgotrajen in manj uspešen pri solidnih tumorjih, ker vsebujejo antigene znotraj celic. | ||
Nova generacija CAR-T terapije z uporabo circRNA omogoča, da se RNA enostavno vbrizga v telo, kjer T-celice začnejo na svoji površini izražati CAR receptorje, kar poenostavi postopek in izboljša trajanje učinka. | Nova generacija CAR-T terapije z uporabo circRNA omogoča, da se RNA enostavno vbrizga v telo, kjer T-celice začnejo na svoji površini izražati CAR receptorje, kar poenostavi postopek in izboljša trajanje učinka. | ||
| Line 63: | Line 51: | ||
TCR-T terapija uporablja T-celične receptorje za prepoznavo antigenov znotraj celic. Njene slabosti so kratkotrajno delovanje T-celic in možnost, da se tumor izmuzne imunskemu nadzoru. CircRNA cepiva, ki kodirajo virusne ali tumorske antigene, izboljšajo aktivacijo T-celic in s tem tudi učinkovitost terapije — kar je še posebej pomembno pri bolnikih z oslabljenim imunskim sistemom, kot so tisti po presaditvi matičnih celic, kjer lahko pride do okužbe s citomegalovirusom (CMV). | TCR-T terapija uporablja T-celične receptorje za prepoznavo antigenov znotraj celic. Njene slabosti so kratkotrajno delovanje T-celic in možnost, da se tumor izmuzne imunskemu nadzoru. CircRNA cepiva, ki kodirajo virusne ali tumorske antigene, izboljšajo aktivacijo T-celic in s tem tudi učinkovitost terapije — kar je še posebej pomembno pri bolnikih z oslabljenim imunskim sistemom, kot so tisti po presaditvi matičnih celic, kjer lahko pride do okužbe s citomegalovirusom (CMV). | ||
Uporaba cepiv circRNA pri terapiji PD-1 | ==Uporaba cepiv circRNA pri terapiji PD-1== | ||
Protein PD-1 na površini T-celic zavira imunski odziv, ko se veže na PD-L1 na tumorski celici — to omogoča tumorju, da se "skrije" pred imunskim sistemom. To je pomemben mehanizem odpornosti pri rakih, kot so rak dojke, pljuč in želodca. | Protein PD-1 na površini T-celic zavira imunski odziv, ko se veže na PD-L1 na tumorski celici — to omogoča tumorju, da se "skrije" pred imunskim sistemom. To je pomemben mehanizem odpornosti pri rakih, kot so rak dojke, pljuč in želodca. | ||
Monoklonska protitelesa proti PD-1 preprečijo to vezavo in ponovno aktivirajo T-celice proti tumorju. Študije kažejo, da kombinacija circRNA cepiv in PD-1 terapije močno okrepi protitumorski imunski odziv. V raziskavi na miših je injiciranje circRNA, ki kodira mešanico citokinov, izboljšalo učinkovitost PD-1 terapije. | Monoklonska protitelesa proti PD-1 preprečijo to vezavo in ponovno aktivirajo T-celice proti tumorju. Študije kažejo, da kombinacija circRNA cepiv in PD-1 terapije močno okrepi protitumorski imunski odziv. V raziskavi na miših je injiciranje circRNA, ki kodira mešanico citokinov, izboljšalo učinkovitost PD-1 terapije. | ||
Zaključek | ==Zaključek== | ||
Cepiva na osnovi krožnih RNA (circRNA) predstavljajo pomemben napredek v boju proti nalezljivim boleznim in pri imunoterapiji raka. Zaradi svoje izjemne stabilnosti, odpornosti proti razgradnji in dolgotrajne ekspresije antigenov se circRNA cepiva kažejo kot obetavna alternativa klasičnim mRNA cepivom, zlasti pri zdravljenju solidnih tumorjev. Kljub njihovemu potencialu pa je za njihovo klinično uporabo potrebno rešiti še številne izzive, vključno z optimizacijo sinteze, dostave in imunogenosti. | Cepiva na osnovi krožnih RNA (circRNA) predstavljajo pomemben napredek v boju proti nalezljivim boleznim in pri imunoterapiji raka. Zaradi svoje izjemne stabilnosti, odpornosti proti razgradnji in dolgotrajne ekspresije antigenov se circRNA cepiva kažejo kot obetavna alternativa klasičnim mRNA cepivom, zlasti pri zdravljenju solidnih tumorjev. Kljub njihovemu potencialu pa je za njihovo klinično uporabo potrebno rešiti še številne izzive, vključno z optimizacijo sinteze, dostave in imunogenosti. | ||
Viri in literatura | ==Viri in literatura== | ||
Bu, Tian, Ziyu Yang, Jian Zhao, Yanmei Gao, Faxiang Li, in Rong Yang. „Expanding the Potential of Circular RNA (CircRNA) Vaccines: A Promising Therapeutic Approach“. International Journal of Molecular Sciences 26, št. 1 (4. januar 2025): 379. https://doi.org/10.3390/ijms26010379. | Bu, Tian, Ziyu Yang, Jian Zhao, Yanmei Gao, Faxiang Li, in Rong Yang. „Expanding the Potential of Circular RNA (CircRNA) Vaccines: A Promising Therapeutic Approach“. International Journal of Molecular Sciences 26, št. 1 (4. januar 2025): 379. https://doi.org/10.3390/ijms26010379. | ||
Revision as of 18:03, 10 May 2025
Uvod
V zadnjih letih so krožne RNA (circRNA) zaradi svoje edinstvene zgradbe in številnih funkcij pritegnile veliko pozornosti kot obetavni kandidati za cepiva naslednje generacije.
Splošno o circRNA
Krožna RNA (circRNA) je ena od vrst nekodirajoče, kovalentno zaprte enojne verige RNA. Nastane večinoma iz pre-mRNA, ki nima 5'-končne kape in 3'-končnega poliA repa, v krožno obliko pa se oblikuje s specifičnim alternativnim spajanjem. CircRNA izvirajo predvsem iz eksonov, poleg eksonske (EcircRNA) circRNA pa poznamo še intronske (ciRNA) ter eksonintronske (EIcircRNA) circRNA. CircRNA, ki izhajajo iz eksonov, imajo pomembnejšo vlogo v citoplazmi, tiste circRNA, ki izhajajo iz intronov pa imajo regulatorno vlogo v jedru. Za oblikovanje krožne RNA iz linearne oblike so potrebni različni RNA vezavni proteini (RBP) ali pa Alu elementi. Alu elementi zagotovijo, da se regije, ki se morajo povezati (da se linearna RNA preoblikuje v circRNA) dovolj približajo in interagirajo. Zaradi krožne strukture so circRNA bolj stabilne od linearne mRNA, saj so odporne na razgradnjo z RNazo R, prav tako pa je njihova razpolovna doba približno 10-krat daljša od linearne RNA ob zdravljenju z aktinomicinom D. Ob analizi podatkov metazojskih transkriptomov se je pokazalo, da veliko transpozicijskih elementov proizvaja velike količine circRNA. Sprva so mislili, da je circRNA stranski produkt napačnega spajanja, s pomočjo visokozmogljivega sekvenciranja pa so odkrili veliko število fiziološko funkcionalne circRNA. Evolucijsko ohranjene circRNA prevladujejo v evkariontskih celicah, v katerih se pretežno nahajajo v citoplazmi ali eksosomih, le malo pa jih je tudi v jedru.
Funkcije circRNA in primeri
CircRNA ima različne funkcije. Poleg regulativnih procesov so vključene tudi v kodiranje proteinov, s čimer igrajo pomembno vlogo v uravnavanju fizioloških in patoloških mehanizmov v organizmu. CircRNA so bile raziskane kot konkurenčne endogene RNA (ceRNA). Te delujejo kot spužve miRNA, kar pomeni da tekmujejo z ostalimi RNA transkripti za skupne miRNA. CircRNA lahko tudi z MRES delujejo kot spužve za miRNA v citoplazmi tako, da tekmujejo s ciljnimi geni za vezavo na miRNA, s tem pa zavirajo izražanje teh genov, posledično pa se poveča količina mRNA. Prav tako obstaja primer, kjer eksosom, ki ga inducira HedgehogGli1 circ-0011536, deluje kot spužva za miR-451a, ki spodbuja izražanje vsestranskega rastnega faktorja (VGF – versatile growth factor) in aktivira Hedgehog signalno pot, da regulira duktalni adenokarcinom v trebušni slinavki. Prav tako pa obstaja circANAPC7, ki deluje kot spužva za miR-373, ki zavira rast tumorja in atrofijo mišic tako in vitro kot in vivo. Pomembna regulatorna funkcija circRNA je prav tako interakcija s proteini, načinov interakcij pa je možnih več. Lahko se vežejo na RBP in s tem uravnavajo funkcije teh proteinov, lahko pa circRNA delujejo kot spužve za proteine. Ob vezavi na protein, circRNA olajšajo interakcije protein–protein. Na primer, circHIPK3 deluje kot proteinsko ogrodje, ki spodbuja vezavo E3 ubikvitin ligaze β-TrCP in HuR, kar vodi do ubikvitinacije in razgradnje HuR. CircRNA ima še funkcijo, da lahko zbira proteine na določene lokacije. Na primer, circRHOT1 prenaša KAT5 v jedro za interakcijo s promotorjem NR2F6. Vse te interakcije vplivajo na transkripcijo genov in uravnavajo fiziološke funkcije organizma. Poleg omenjenih funkcij je circRNA zmožna kodirati proteine, saj vsebuje zapis za le te, a le v primeru, ko ima modifikacije m6A ali IRES. IRES neposredno zbira ribosome, modifikacija m6A pa veže evkariontski iniciacijski faktor 3 (eIF3) za začetek translacije.
RNA terapevtika
Cepiva predstavljajo eno ključnih tehnologij v boju proti različnim boleznim, pri čemer pomembno inovacijo prinašajo cepiva na osnovi nukleinskih kislin. Njihove prednosti so stabilnost, trajnost ter biorazgradljivost. Mednje sodijo tudi cepiva na osnovi krožne RNA (circRNA), ki izkazujejo izjemno stabilnost, sprožajo močne imunske odzive ter omogočajo tvorbo znatnih količin nevtralizirajočih protiteles. Zaradi teh lastnosti se circRNA uvršča med perspektivne kandidate v razvoju sodobnih cepiv.
Dostava circRNA cepiv v telo
Cepiva na osnovi circRNA se v telo vnašajo z injekcijo v tkivo. Za njihovo dostavo se uporabljajo sistemi lipidnih nanodelcev (LNP), ki vstopajo v celice preko endocitoze. Po sprostitvi circRNA v citoplazmo se ta začne prevajati v antigenske proteine, ki sprožijo imunski odziv. Kljub obetavnosti pa obstajajo izzivi pri dostavi eksogenih RNA molekul v celice. Krožne RNA so lahko tarča razgradnje z RNazami, poleg tega pa negativni naboj RNA otežuje prehod skozi celične membrane.
Lipidni nanodelci
Liposomi so zaradi visoke biokompatibilnosti, biorazgradljivosti in sposobnosti enkapsulacije različnih tovorov tipičen sistem za prenos cepiv. Lipidni nanodelci (LNP) predstavljajo naprednejšo obliko liposomov. So sintetično oblikovani nanodelci sestavljeni iz različnih lipidnih komponent, predvsem iz fosfolipidov, kationskih lipidov, holesterola in polietilen glikolnih lipidov. LNP ščitijo RNA pred razgradnjo, olajšajo njen vstop v celice in sprožijo učinkovit imunski odziv. Zaradi tega so eden najpomembnejših nosilcev zdravil na osnovi nukleinskih kislin, se pa pri njih soočamo z omejeno nosilnostjo in slabo stabilnostjo. Njihovo funkcionalnost je mogoče izboljšati z modifikacijami površine, kar omogoča boljše ciljanje in povečuje potencial za uporabo v genski terapiji.
Alternativni sistemi dostave circRNA
Poleg LNP obstajajo tudi alternativni sistemi za dostavo circRNA: gola RNA, zunajcelični vezikli (EV) in virusom podobni delci (VLP).
Gola RNA
Dostava gole RNA je tehnično najpreprostejša metoda, vendar jo večina celic težko privzame z izjemo APC celic. Zato se uporablja predvsem v raziskovalnih in lokaliziranih aplikacijah.
Zunajcelični vezikli
Zunajcelični vezikli so naravni nosilci, ki jih izločajo celice in so sestavljeni iz lipidov, proteinov ter nukleinskih kislin. Imajo sposobnost združevanja s plazemsko membrano ciljnih celic, kar jim omogoča neposreden vstop. Njihove prednosti so nizka imunogenost in večja stabilnost v primerjavi z LNP. Vendar pa njihovo širšo uporabo omejujejo tehnične težave pri izolaciji in variabilnost glede na izvorne celice.
Virusom podobni delci
Virusom podobni delci (VLP) so sestavljeni iz virusnih strukturnih proteinov in morfološko spominjajo na viruse. Združujejo lastnosti virusnih in nevirusnih vektorjev, omogočajo ciljanje in dostavo, a jih imunski sistem lahko odstrani. Poleg tega je njihova proizvodnja tehnično zahtevna.
Stabilnost circRNA v primerjavi z mRNA
Stabilnost cepiv je ključen dejavnik njihove učinkovitosti. mRNA cepiva omogočajo hiter razvoj, enostavno proizvodnjo in ne vsebujejo virusnih komponent. Vendar je mRNA v citoplazmi občutljiva na hitro razgradnjo z RNazami. Nasprotno pa je circRNA zaradi zaprte, krožne strukture odporna na eksonukleaze, kar ji omogoča dolgotrajno in stabilno izražanje antigena. To vodi do večje akumulacije antigenskih proteinov in dolgotrajnejšega imunskega spomina, kar lahko zmanjša potrebo po večkratnem cepljenju, zniža stroške proizvodnje in zmanjša tveganje za toksičnost V stresnih pogojih, kot so virusne okužbe ali celična apoptoza, celice zavrejo prevajanje proteinov, vključno z linearnimi mRNA, ki so odvisne od prisotnosti kape (5'-cap). Prevajanje circRNA pa poteka preko IRES (internal ribosome entry site) ali IRES-podobnih elementov, ki omogočajo neodvisno vezavo ribosoma brez potrebe po kapi. Zato stresni pogoji, ki zavirajo prevajanje kape-odvisne RNA, ne vplivajo bistveno na prevajanje circRNA, kar ohranja učinkovitost cepiva tudi v neugodnih celičnih razmerah.
Vloga cepiv circRNA pri zdravljenju tumorjev
Cepiva mRNA, ki se uporabljajo za zdravljenje raka, so enostavna za proizvodnjo in povzročajo malo stranskih učinkov, vendar imajo omejitve, kot sta nizka stabilnost in kratkotrajno izražanje antigenov. Cepiva circRNA te pomanjkljivosti odpravljajo, saj omogočajo stabilno in dolgotrajno izražanje antigenov prek nekanonskega (nekonvencionalnega) prevajanja. CircRNA cepiva lahko kodirajo: Antigene povezane s tumorjem (TAA) – to so antigeni, ki so čezmerno izraženi na tumorskih celicah v primerjavi z zdravimi. Antigene specifične za tumor (TSA) – to so t. i. neoantigeni, ki nastanejo zaradi somatskih mutacij in so prisotni samo v rakavih celicah. Predklinične raziskave na miših so pokazale, da cepiva circRNA, ki kodirajo TAA, učinkovito zavirajo rast melanoma in glioblastoma. Uspešno so razvili tudi cepiva s TSA, specifičnimi za rak dojke in rak jeter. V kombinaciji z zdravilom za rak trebušne slinavke je cepivo circRNA zavrlo rast tumorja z 89 % učinkovitostjo. Če cepiva ciljajo le omejeno število antigenov, to zmanjšuje učinkovitost pri zdravljenju heterogenih tumorjev, zato so pomemben napredek prinesle kombinacije s terapijami CAR-T, TCR-T in PD-1.
Uporaba cepiv circRNA pri terapiji CAR-T in TCR-T
CAR-T terapija vključuje odvzem T-celic iz bolnika, njihovo gensko spremembo za izražanje himernih antigenskih receptorjev (CAR), ki prepoznajo tumorske antigene. Nato jih razmnožijo in vrnejo v telo. Učinkovita je predvsem pri krvnih rakih, vendar je postopek drag, dolgotrajen in manj uspešen pri solidnih tumorjih, ker vsebujejo antigene znotraj celic. Nova generacija CAR-T terapije z uporabo circRNA omogoča, da se RNA enostavno vbrizga v telo, kjer T-celice začnejo na svoji površini izražati CAR receptorje, kar poenostavi postopek in izboljša trajanje učinka. Kombinacija circRNA-CAR-T in circRNA cepiva, ki cilja na iste tumorske antigene, povzroči močnejši protitumorski odziv. Ta kombinacija aktivira veliko število T-celic in zmanjša možnost, da bi tumorji ušli imunskemu sistemu. TCR-T terapija uporablja T-celične receptorje za prepoznavo antigenov znotraj celic. Njene slabosti so kratkotrajno delovanje T-celic in možnost, da se tumor izmuzne imunskemu nadzoru. CircRNA cepiva, ki kodirajo virusne ali tumorske antigene, izboljšajo aktivacijo T-celic in s tem tudi učinkovitost terapije — kar je še posebej pomembno pri bolnikih z oslabljenim imunskim sistemom, kot so tisti po presaditvi matičnih celic, kjer lahko pride do okužbe s citomegalovirusom (CMV).
Uporaba cepiv circRNA pri terapiji PD-1
Protein PD-1 na površini T-celic zavira imunski odziv, ko se veže na PD-L1 na tumorski celici — to omogoča tumorju, da se "skrije" pred imunskim sistemom. To je pomemben mehanizem odpornosti pri rakih, kot so rak dojke, pljuč in želodca. Monoklonska protitelesa proti PD-1 preprečijo to vezavo in ponovno aktivirajo T-celice proti tumorju. Študije kažejo, da kombinacija circRNA cepiv in PD-1 terapije močno okrepi protitumorski imunski odziv. V raziskavi na miših je injiciranje circRNA, ki kodira mešanico citokinov, izboljšalo učinkovitost PD-1 terapije.
Zaključek
Cepiva na osnovi krožnih RNA (circRNA) predstavljajo pomemben napredek v boju proti nalezljivim boleznim in pri imunoterapiji raka. Zaradi svoje izjemne stabilnosti, odpornosti proti razgradnji in dolgotrajne ekspresije antigenov se circRNA cepiva kažejo kot obetavna alternativa klasičnim mRNA cepivom, zlasti pri zdravljenju solidnih tumorjev. Kljub njihovemu potencialu pa je za njihovo klinično uporabo potrebno rešiti še številne izzive, vključno z optimizacijo sinteze, dostave in imunogenosti.
Viri in literatura
Bu, Tian, Ziyu Yang, Jian Zhao, Yanmei Gao, Faxiang Li, in Rong Yang. „Expanding the Potential of Circular RNA (CircRNA) Vaccines: A Promising Therapeutic Approach“. International Journal of Molecular Sciences 26, št. 1 (4. januar 2025): 379. https://doi.org/10.3390/ijms26010379.
Hwang, Hyun Jung, in Yoon Ki Kim. „Molecular Mechanisms of Circular RNA Translation“. Experimental & Molecular Medicine 56, št. 6 (14. junij 2024): 1272–80. https://doi.org/10.1038/s12276-024-01220-3.
O’Leary, Eoghan, Yanyi Jiang, Lasse S. Kristensen, Thomas B. Hansen, in Jørgen Kjems. „The Therapeutic Potential of Circular RNAs“. Nature Reviews Genetics 26, št. 4 (april 2025): 230–44. https://doi.org/10.1038/s41576-024-00806-x.
Rajčević, Uroš. „Adoptivna celična terapija in limfociti T z izraženimi himernimi antigenskimi receptorji“. Slovenian Medical Journal 89, št. 7–8 (7. september 2020): 398–407. https://doi.org/10.6016/ZdravVestn.3006.
