Jak poinformowali PAP współautorzy publikacji, która ukazała się w czasopiśmie „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.ads6498), odkrycie to rzuca światło na subtelne strategie obronne ludzkiego organizmu, przez co może wpłynąć na rozwój szczepionek mRNA i pomóc w projektowaniu nowych terapii przeciwwirusowych.

Dwuniciowy RNA (dsRNA) to cząsteczka, która w małych ilościach może naturalnie występować w komórkach ludzkich, ale jej nadmiar staje się sygnałem alarmowym dla organizmu, ponieważ najczęściej wiąże się z infekcją wirusową. Dlatego nasze komórki wykształciły systemy zdolne do rozpoznawania obecności zbyt dużych poziomów dsRNA i uruchamiania odpowiedzi immunologicznej.

Dotychczas uważano, że każda skuteczna odpowiedź na tę cząsteczkę prowadzi do aktywacji stanu zapalnego. Badania zespołu kierowanego przez dr hab. Pawła Sikorskiego z Wydziału Biologii UW, przeprowadzone we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku i Uniwersytetu Technicznego w Monachium, pokazały, że nie jest to prawda - odpowiedź na dsRNA może zachodzić bez wzbudzania reakcji zapalnej.

Jak wyjaśnili autorzy, ludzki organizm korzysta z dwóch głównych mechanizmów rozpoznawania dwuniciowego RNA. Pierwszy z nich zależy od tzw. receptorów RLR (retinoic acid–inducible gene I–like receptors), które - wykrywając charakterystyczne cechy końców RNA - uruchamiają kaskadę sygnałów prowadzącą do produkcji interferonów i cytokin, czyli związków odpowiedzialnych za stan zapalny.

Za to drugi szlak obrony nie wymaga włączenia odpowiedzi zapalnej. Opiera się na białkach PKR i OAS/RNaza L. Ich zadaniem jest spowolnienie metabolizmu komórki i zniszczenie wirusowego RNA, zanim zdąży się rozmnożyć. Mechanizm ten jest przez komórkę prawdopodobnie wykorzystywany, gdy "uzna" ona, że nie ma potrzeby ostrzegania sąsiednich komórek przed zagrożeniem, ponieważ wykryty dsRNA pochodzi z procesów wewnątrzkomórkowych a nie obecności wirusa.

"Nasze badania wykazały, że te dwa mechanizmy mogą działać niezależnie od siebie. Oznacza to, że komórka może zahamować własny wzrost i niszczyć RNA wirusa bez konieczności uruchamiania pełnej odpowiedzi zapalnej. To odkrycie sugeruje, że organizm dysponuje subtelniejszymi strategiami obrony, które nie zawsze wymagają uruchamiania energochłonnych procesów zapalnych" – wyjaśnił dr Sikorski.

Kluczowym elementem, który decyduje o tym, czy RNA zostanie uznane za niebezpieczne, jest struktura jego końca 5′ – tzw. czapeczka (cap). W RNA wirusów i komórek ludzkich mogą występować różne wersje tej czapeczki, w zależności od liczby tzw. metylacji. Niektóre z nich są uznawane przez komórki za "obce" i wywołują silną odpowiedź zapalną, inne są interpretowane jako "własne" i wówczas reakcja zapalna nie zostaje uruchomiona, nawet jeśli RNA jest dwuniciowe. Dlaczego też wirusy nauczyły się modyfikować swoje RNA tak, by przypominało RNA gospodarza.

W ramach eksperymentów naukowcy z UW sprawdzili, jak obecność trzech popularnych modyfikacji chemicznych wewnątrz RNA – m6A (N6-metyloadenozyny), m5C (5-metyloocytozyny) i Ψ (pseudourydyny) – wpływa na jego rozpoznawanie przez układ odpornościowy.

Okazało się, że same modyfikacje nie wpływały znacząco na zdolność dsRNA do wywołania odpowiedzi immunologicznej. Jedynie obecność m6A osłabiała działanie szlaku zależnego od OAS/RNazy L, prawdopodobnie poprzez rozluźnienie struktury dsRNA, w wyniku którego stawała się ona mniej widoczna dla białek OAS.

Badanie pokazało więc, że struktura podwójnej nici RNA odgrywa kluczową rolę w rozpoznawaniu zagrożenia. Ścieżki zależne od OAS/RNaza L i PKR są aktywowane przede wszystkim przez samą obecność dwuniciowego RNA, bez względu na jego specyficzne modyfikacje. Z kolei receptory RLR, które inicjują stan zapalny, są bardziej wrażliwe na to, jakie grupy chemiczne znajdują się na końcach dsRNA.

Interesujące jest jednak, że komórki potrafią rozpoznać dsRNA nawet wtedy, gdy nie dochodzi do aktywacji receptorów RLR. To sugeruje, że mechanizmy obronne komórki są bardziej złożone, niż dotychczas sądzono, i mogą działać selektywnie w zależności od kontekstu zagrożenia.

Odkrycia zespołu z UW mają znaczenie nie tylko dla biologii podstawowej, ale także projektowania nowych terapii przeciwwirusowych oraz rozwoju np. szczepionek mRNA. Wiedza o tym, jak modyfikacje RNA wpływają na jego rozpoznanie przez komórki, może posłużyć do stworzenia bezpieczniejszych preparatów, które nie wywołują niepożądanej reakcji zapalnej.

"Pokazaliśmy, że rozpoznanie dsRNA w komórkach ludzkich może przebiegać na różne sposoby - z aktywacją stanu zapalnego albo bez niej. To ważny krok w zrozumieniu, jak działa nasz układ odpornościowy i jak można manipulować tymi mechanizmami w celach terapeutycznych" - podsumował dr Sikorski.

Katarzyna Czechowicz (PP)

kap/ zan/