L'Assemblea Nobel del Karolinska Institutet ha anunciat avui la decisió de guardonar amb el Premi Nobel de Fisiologia o Medicina Katalin Karikó i Drew Weissman "per descobertes en relació a la modificació de bases nucleosídiques que permeteren el desenvolupament de vaccins d'ARN missatger efectius contra la covid-19". Recordem que aquests vaccins, si bé es basen en l'ARNm del gen S del coronavirus SARS-CoV-2, són constituïts per nucleòsids modificats diferents de la guanosina, adenina, citosina o uracil.
Molècules d’ARN missatger amb nucleòsids modificats (modRNA) són més eficients en la transferència d’informació que les d’ARN missatger nadiu (mRNA), i no desencadenen els mecanismes de protecció cel·lular que poden conduir a l’apoptosi
Katalin Karikó
Karikó Katalin (*Szolnok, 17.1.1955) es doctorà a la Universitat de Szeged el 1982. Fou investigadora postdoctoral a l'Acadèmia Hongaresa de Ciències de Szeged entre 1982 i 1985. Després investigà a la Temple University de Philadelphia i a la University of Health Science de Bethesda. Fou professora ajudant de la University of Pennsylvania entre 1989 i 2013. És vicepresidenta de BioNTech RNA Pharmaceuticals. Des del 2021 és professora a la Universitat de Szeged i a la Perelman School of Medicine de UPenn.
Drew Weissman
Drew Weissman (*Lexington, 1959) es doctorà en medicina a la Boston University el 1987. Va fer pràctica clínica a Beth Israel Deaconess Medical Center de la Harvard Medical School i recerca als National Institutes of Health. El 1997 establí un grup de recerca propi a la Perelman School of Medicine. És professor en recerca sobre vaccins i director del Penn Institute for RNA Innovations.
Modificacions de nucleòsids en la tecnologia de vaccins d'ARNm
Els avenços en immunologia van permetre esclarir la base biològica dels vaccins, alhora que la vaccinologia fou un dels puntals del coneixement bàsic i aplicat sobre el sistema immunitari. L'isolament dels agents etiològics de malalties infeccioses servia per a la fabricació de vaccins atenuats o inactivats. El coneixement de l'estructura molecular de virus i altres patògens obria la porta a fabricar vaccins a partir dels components immunològicament més rellevants. Amb les tècniques d’enginyeria genètica resultava possible sintetitzar en el laboratori proteïnes antigèniques de la coberta viral. També hom podia introduir parts rellevants del genoma víric en un vector adient.
Ara bé, tant la fabricació de vaccins atenuats o inactivats, com la de vectors vaccinals basats en l’enginyeria genètica requereix l’ús de cultius cel·lulars a escala industrial. Per això, ja des dels anys 1970 hom treballà en el desenvolupament de plataformes de síntesi de molècules antigèniques independent de cultiu cel·lular. D’una banda es treballava en la síntesi de pèptids (fragments proteics). D’altra banda, en els anys 1980 s’introduïren mètodes de transcripció in vitro, amb els quals es podia sintetitzar àcid ribonucleic (ARN) a partir de fragments d’àcid desoxiribonucleic d’origen biològic, és a dir una forma d’ARN missatger (ARNm) anàloga a la que es genera dins del nucli cel·lular.
L’aplicació directa d’ARNm sintètic com a molècula immunogènica era poc o gens viable, per la inestabilitat de l’ARN i la difícil penetració en teixits i cèl·lules. Hom assajà sistemes lipídics (micel·les de fosfolípids) per encapsular molècules d’ARN i afavorir-ne la farmacocinètica. Però fins i tot en aquest cas l’administració d’ARN exogen provocava reaccions inflamatòries en animals d’experimentació.
Aquests obstacles no feren a la bioquímica Katalin Karikó de desistir en aquesta línia de recerca, que impulsava des del seu grup a la UPenn. Inicià una col·laboració amb el metge especialitzat en immunologia Drew Weissman, que treballava en cèl·lules dendrítiques. Com que les cèl·lules dendrítiques són les presentadores professionals d’antígens a limfòcits, la clau era trobar formes efectives per fer-hi arribar les molècules d’ARNm de síntesi.
En cultius de cèl·lules dendrítiques, l’exposició a ARNm de síntesi desencadena una resposta de tipus inflamatori. En canvi, quan aquests cultius cel·lulars són exposats a ARNm d’origen cel·lular no hi ha la mateixa resposta. Aquesta activació diferencial de cèl·lules dendrítiques podia ser favorable, però calia determinar les causes subjacents a aquesta diferència.
En principi l’ARNm biològic i l’ARNm sintètic són polímers construïts a partir de ribonucleòtids caracteritzats per la seva base nitrogenada. Essencialment, trobem ribonucleòtids d’adenina (A), uracil (U), guanosina (G) i citosina (C). Ara bé, l’ARN biològic pot patir modificacions post-transcripcionals que afectin aquestes bases per les quals no passa l’ARN de síntesi. Karikó & Weissman realitzaren la síntesi d’ARNm amb nucleòsids modificats com m5C (citosina metilada en posició 5), m6A (adenina metilada en posició 6), m5U (uracil metilat en posició 5), s2U o ψ (pseudouridina), i comprovaren que l’ARNm resultant no provocava una resposta pro-inflamatòria en cèl·lules dendrítiques (Karikó et al., 2005).
Les molècules d’ARNm sintètic que havien incorporat el nucleòsid ψ per comptes d’U presentaven tant en models cel·lulars íntegres com en lisats cel·lulars una major capacitat d’ésser traduïdes a proteïna, una major estabilitat biològica i una menor immunogenicitat (Karikó et al., 2008). La raó d’aquesta diferència era que l’ARNm amb ψ no activava la PKR (una protein-cinasa dependent d’ARN). L’activació de la PKR per ARNm de síntesi sense nucleòsids modificats condueix a la inhibició de la maquinària traduccional dels ribosomes (Anderson et al., 2010).
La introducció de pseudouridina i d’altres nucleòsids modificats obria la porta a aplicacions terapèutiques de l’ARNm sintètic. Hom assajà vaccins basats en aquesta tecnologia des de principi de la dècada passada contra el virus Zika i el MERS-CoV. En declarar-se la pandèmia de covid-19 el març del 2020, hom aconseguí en nou mesos l’aprovació de vaccins d’ARNm modificat basats en la seqüència del gen S del virus causant, el SARS-CoV-2. Aquests vaccins, amb una eficàcia del 95% sobre les formes greus de la covid-19, contribuïren a superar la fase aguda de la pandèmia en qüestió de poc més d’un any.
Però la tecnologia d’ARNm modificat de síntesi també té altres aplicacions potencials en matèria de teràpia molecular contra el càncer o contra malalties rares.
Lligams:
- Pàgina web de Katalin Kariko a la Perelman School of Medicine U Penn.
- Pàgina web de Drew Weissman a la Perelman School of Medicine U Penn.
- Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA.. K. Karikó, M. Buckstein, H. Ni, D. Weissman. Immunity 23: 165–175 (2005).
- Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. K. Karikó, H. Muramatsu, F.A. Welsh, J. Ludwig, H. Kato, S. Akira, D. Weissman. Mol. Ther. 16: 1833–1840 (2008).
- Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation. B.R. Anderson, H. Muramatsu, S.R. Nallagatla, P.C. Bevilacqua, L.H. Sansing, D. Weissman, K. Karikó. Nucleic Acids Res. 38: 5884–5892 (2010).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada