Harvard kortlægger 30.000 kimære mRNA’er, der kan skabe nye proteiner

Forskere fra Harvard Medical School har afdækket et hidtil undervurderet lag i pattedyrs genudtryk: RNA-beskeder, der er sammensat af dele fra forskellige gener – i nogle tilfælde gener placeret på helt forskellige kromosomer. Holdet registrerede mere end 30.000 sådanne kandidat-mRNA’er i makrofager fra mus og mennesker og viste, at mindst ét af dem kan danne et biologisk aktivt protein.613

RNA’er, som ikke passer i de sædvanlige genkort

Et kimært mRNA indeholder sekvenser fra to forskellige ophavsgener. I denne undersøgelse bandt nogle samlinger gener sammen på tværs af kromosomer, og dermed kan de falde uden for de traditionelle gen-for-gen-annoteringer.

Det er vigtigt at holde fast i, hvad tallet dækker over: Kataloget omfatter kimære mRNA’er, der er observeret mindst én gang. Det betyder ikke, at alle er hyppige, stabile, oversættes til protein eller har en biologisk funktion.6

At opdage et RNA er altså første skridt. Der skal særskilte forsøg til for at dokumentere, at det bliver til et protein – og yderligere forsøg for at vise, at proteinet gør en forskel i kroppen.

Lange RNA-aflæsninger gjorde samlingerne synlige

Ved traditionel RNA-sekventering med korte læsninger rekonstruerer computere ofte et transkript ud fra mange små RNA-fragmenter. Det kan gøre det vanskeligt at afgøre, om en fjern overgang mellem to gener virkelig fandtes i det samme oprindelige RNA-molekyle.

Forskerne brugte derfor Nanopore-baseret direkte RNA-sekventering med lange læsninger. Metoden aflæser enkelte, native RNA-molekyler over lange stræk og gjorde det muligt at se overgange fra ét gen til et andet direkte. På den måde blev kataloget over kimære RNA’er i makrofager opbygget.613

Fundene blev derefter kontrolleret med uafhængige, målrettede metoder: Illumina-baserede kortlæsningsanalyser, NanoString-prober rettet mod samlingerne samt PCR efterfulgt af Sanger-sekventering. Formålet var at mindske risikoen for, at de tilsyneladende fusioner skyldtes fejl fra sekventering eller prøveforberedelse.13

En mulig forklaring: trans-splejsning

Resultaterne er forenelige med trans-splejsning. Det er en RNA-proces, hvor exoner fra to separate forstadier til RNA sættes sammen til ét modent RNA. Det adskiller sig fra almindelig, såkaldt cis-splejsning, hvor introner fjernes, og exoner samles inden for det samme RNA-forstadie. Trans-splejsning kan skabe ikke-lineære, kimære RNA’er og i nogle tilfælde nye proteiner.41

Forskerne anvendte også in situ Hi-C, en metode til at undersøge fysisk kontakt mellem kromosomområder, for at se på, om inflammation påvirkede kontakten mellem områderne med ophavsgenerne. Det understøtter undersøgelser af en RNA-baseret forklaring frem for at antage, at enhver sådan fusion skyldes en permanent ændring i DNA’et.13

Fra kandidat-RNA til protein med funktion

Det stærkeste funktionelle resultat gælder en kimære, der forbinder GSDMD med en sekvens fra TMEM106A. Tidligere forskning har vist, at gasdermin D er en central poredannende aktør i pyroptose – en inflammatorisk form for celledød. Inflammatoriske caspaser frigør en N-terminal del af GSDMD, som samler sig i cellemembranen og danner porer.1

For GSDMD–TMEM106A-kimæren gennemførte forskerne både forsøg, der øgede og dæmpede funktionen. De brugte blandt andet levering af mRNA i lipidnanopartikler, siRNA, CRISPR-baserede knock-in- og stopalleler samt biokemiske forsøg, billeddannelse og cellefri systemer. Forsøgene kædede fusionsproteinet sammen med medfødte immunreaktioner, makrofagernes kontrol med Salmonella, overlevelse i sepsismodeller og pyroptose.13

Det er den afgørende forskel mellem et spændende RNA-signal og et funktionelt fund: Her er der belæg for, at mindst ét kimært transkript faktisk kan skabe et protein med fysiologiske konsekvenser.

Et mere nuanceret syn på forholdet mellem gen og protein

Den velkendte forenkling – at mennesket har omkring 20.000 proteinkodende gener, og at hvert gen giver ét protein – har længe været utilstrækkelig. Alternativ splejsning gør allerede, at ét gen kan skabe flere RNA- og proteinvarianter.

De nye resultater udvider billedet yderligere: I bestemte biologiske sammenhænge kan protein-kodende information måske samles fra forskellige gener.6

Det erstatter ikke de almindelige genmodeller. Men det peger på en mulig stor og tilstandsafhængig gruppe af RNA-produkter, som standardannoteringer overser. Hvor mange af de over 30.000 kandidater der er stabile, oversættes til proteiner og har en funktion, er fortsat ukendt.613

Hvad kan det betyde for lægemiddelforskning?

Et kimært RNA eller protein kan vise sig kun at være til stede i en bestemt celletype, under inflammation eller i en bestemt sygdomstilstand. Hvis det bekræftes, kan den særlige RNA-samling eller proteinsekvens blive et mere præcist angrebspunkt end et lægemiddel, der rammer et af ophavsgenerne bredt.

Mulige spor for den videre forskning er:

• Inflammatoriske sygdomme: Kimærer, der berører signalveje som GSDMD, kan pege på mere selektive måder at regulere pyroptose på. Gasderminer undersøges allerede som terapeutiske mål, fordi de medvirker til inflammatorisk permeabilisering af cellemembranen og celledød.20
• Kræft: Sygdomsafgrænsede kimære transkripter kan i princippet afsløre nye antigener, biomarkører eller molekylære sårbarheder. Det er dog en hypotese for dette konkrete katalog – ikke en dokumenteret kræftbehandling.
• Neurodegenerative sygdomme: Da gasdermin-medieret pyroptose undersøges i forbindelse med neurodegeneration, kan jagten på kimære RNA’er muligvis afdække endnu ukendte inflammatoriske mekanismer eller biomarkører i relevante celletilstande.20

Den praktiske betydning er foreløbig et nyt redskab til opdagelse, ikke en færdig lægemiddelpipeline. Hver enkelt kandidat skal bekræftes uafhængigt med hensyn til RNA-struktur, proteinoversættelse, biologisk funktion, sygdomsrelevans og sikkerhed som terapeutisk mål.613