RNA Duta dengan nukleosida yang termodifikasi

RNA Duta dengan nukleosida yang termodifikasi (modRNA) adalah RNA Duta sintetik yang nukleosidanya diganti dengan nukleosida lain yang ada secara alamiah maupun yang dibuat secara sintetik dengan analog nukleosidanya.[1] modRNA digunakan untuk menginduksi produksi protein yang diharapkan pada sel tertentu. Penerapan yang sangat penting dari modRNA adalah vaksin mRNA, dimana vaksin mRNA pertama di dunia merupakan vaksin COVID-19. Contoh dari vaksin yang menggunakan modRNA adalah vaksin yang dihasilkan oleh BioNtech dan Pfizer (BNT162b2).

Latar Belakang

Ribosom (digambarkan dengan warna hijau) membuat protein (digambarkan dengan untaian bulat yang terdiri dari asam amino) yang dikodekan oleh RNA duta (digambarkan sebagai untaian nukleotida).

RNA duta atau RNAd diproduksi dengan mensintesis untaian asam ribonukleat (RNA) dengan menyatukan nukleosida-nukleosida yang urutannya merujuk pada templat asam deoksiribosa (DNA) yang ada pada inti sel. Proses pembentukan RNA duta ini disebut dengan transkripsi. Ketika nukleosida yang diurutkan dan dijadikan sebagai RNA duta merupakan nukleosida yang non-tradisional seperti pseudoridin, alih-alih nukleosida yang umum ditemukan pada RNA seperti adenosin, guanosin, sitosin dan urasil. RNAd yang dihasilkan dengan nukleosida yang tidak umum ini disebut dengan RNAd dengan nukleosida yang termodifikasi.[2]

Selanjutnya dari proses transkripsi, proses pembentukan protein dimulai dengan perakitan protein. Perakitan ini dimulai dengan bergabungnya subunit-subunit ribosom pada RNAd yang dihasilkan pada proses transkripsi. RNAd ini kemudian akan berfungsi sebagai panduan untuk proses sintesis protein dengan menentukan urutan asam amino yang dihasilkan. Proses pada Biosintesis protein ini disebut translasi.[3]

Gambaran

Untuk mengiduksi sel agar membuat protein yang biasanya tidak mereka hasilkan, mRNA heterolog dapat dimasukkan ke dalam sitoplasma sel, sehingga pembentukan protein dapat dihasilkan tanpa perlu melewati tahapan transkripsi. Dengan kata lain, cetak biru protein "diselundupkan" ke dalam sel. Namun cara ini hanya dapat dilakukan jika sistem seluler yang mencegah penetrasi dan translasi mRNA asing tidak menghalangi prosesnya. Selain itu, ada pula enzim yang hampir ada di mana-mana yang disebut ribonuklease (juga disebut RNA) yang memecah mRNA yang tidak terproteksi.[4] Ada pula penghalang intraseluler terhadap mRNA asing, seperti reseptor sistem kekebalan bawaan reseptor seperti tol (TLR) 7 dan TLR8, yang terletak di membran endosom. reseptor seperti TLR7 dan TLR8 dapat secara dramatis mengurangi jumlah sintesis protein dalam sel dari RNA modifikasi, memicu pelepasan sitokin seperti interferon dan TNF-alpha, dan ketika cukup intens menyebabkan kematian sel terprogram.[5]

Sifat inflamasi sel tersebut terhadap RNA modifikasi dapat ditutupi dengan memodifikasi susunan nukleosida dalam mRNA.[6] Misalnya, uridin dapat diganti dengan nukleosida serupa seperti pseudouridin (Ψ) atau N1-metil-pseudouridin (m1Ψ),[7] dan sitosin dapat diganti dengan 5-metil sitosin. Beberapa alternatif ini dapat ditemukan secara alami pada eukariota.[8] Dimasukkannya nukleosida yang dimodifikasi ini mengubah struktur sekunder mRNA. Perubahan struktur RNA modifikasi ini mengurangi pengenalan oleh sistem kekebalan bawaan sambil tetap memungkinkan proses translasi yang efektif.[9]

Signifikansi bagian yang tidak diterjemahkan

Sebuah mRNA normal dimulai dan diakhiri dengan bagian yang tidak mengkodekan asam amino dalam sintesis protein. Urutan ini, yang ditemukan pada ujung 5' dan ujung 3' dari untai mRNA, disebut daerah yang tidak diterjemahkan (UTRs, Untranslated Regions). Dua UTR di ujung untai ini penting untuk stabilitas mRNA dan modRNA serta penting untuk efisiensi translasi. Dengan memilih UTR yang sesuai selama sintesis modRNA, produksi protein target dalam sel target dapat dioptimalkan.[10][11]

Proses Pelepasan

Gambar ini membandingkan proses penyerapan RNA dengan modRNA oleh sel

Terdapat banyak kesulitan dalam proses memasukkan modRNA ke dalam sel target tertentu. Pertama, modRNA harus dilindungi dari ribonuklease.[10] Ini dapat dilakukan dengan membungkusnya dengan liposom. "Pengemasan" semacam itu juga dapat membantu memastikan bahwa modRNA diserap ke dalam sel target. Metode ini berguna, misalnya, saat digunakan dalam vaksin, karena partikel nano yang dihasilkan nantinya dapat diambil oleh sel dendritik dan makrofag, yang keduanya berperan penting dalam mengaktifkan sistem kekebalan.[12]

modRNA juga dapat dimasukkan ke dalam sel tubuh tertentu. Contoh kasusnya adalah jika misalnya sel-sel otot jantung ingin dirangsang untuk membelah. Dalam kasus ini, modRNA yang dikemas dapat disuntikkan langsung ke dalam arteri seperti arteri koroner.[13]

Aplikasi

Bidang aplikasi penting adalah vaksin mRNA. Vaksin ini pertama kali diizinkan untuk digunakan oleh manusia untuk vaksin COVID-19 untuk mengatasi SARS-CoV-2.[14] Contoh vaksin COVID-19 yang menggunakan modRNA adalah yang dikembangkan oleh kerjasama BioNTech / Pfizer / Fosun International ( BNT162b2 ) dan yang dikembangkan oleh Moderna ( mRNA-1273 ).[15]

Kemungkinan aplikasi modRNA lainnya adalah regenerasi jaringan otot jantung yang rusak[16] dan terapi kanker.[17]

Referensi

  1. ^ Chien KR, Zangi L, Lui KO (October 2014). "Synthetic chemically modified mRNA (modRNA): toward a new technology platform for cardiovascular biology and medicine". Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 5 (1): a014035. doi:10.1101/cshperspect.a014035. PMC 4292072 alt=Dapat diakses gratis. PMID 25301935. 
  2. ^ Pardi N, Weissman D (2017). "Nucleoside Modified mRNA Vaccines for Infectious Diseases". RNA Vaccines. Methods in Molecular Biology. 1499. Clifton, N.J. hlm. 109–121. doi:10.1007/978-1-4939-6481-9_6. ISBN 978-1-4939-6479-6. PMID 27987145. 
  3. ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J (2000). The Three Roles of RNA in Protein Synthesis (edisi ke-4th). New York: W. H. Freeman. hlm. Sec 4.4. 
  4. ^ Schlake, Thomas; Thess, Andreas; Fotin-Mleczek, Mariola; Kallen, Karl-Josef (2012-11). "Developing mRNA-vaccine technologies". RNA Biology (dalam bahasa Inggris). 9 (11): 1319–1330. doi:10.4161/rna.22269. ISSN 1547-6286. PMC 3597572 alt=Dapat diakses gratis. PMID 23064118. 
  5. ^ Dalpke A, Helm M (June 2012). "RNA mediated Toll-like receptor stimulation in health and disease". RNA Biology. 9 (6): 828–42. doi:10.4161/rna.20206. PMC 3495747 alt=Dapat diakses gratis. PMID 22617878. 
  6. ^ Karikó, K; Buckstein, M; Ni, H; Weissman, D (August 2005). "Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA". Immunity. 23 (2): 165–75. doi:10.1016/j.immuni.2005.06.008. PMID 16111635. 
  7. ^ Andries O, Mc Cafferty S, De Smedt SC, Weiss R, Sanders NN, Kitada T (2015). "N1-methylpseudouridine-incorporated mRNA outperforms pseudouridine-incorporated mRNA by providing enhanced protein expression and reduced immunogenicity in mammalian cell lines and mice". Journal of Controlled Release. 217: 337–344. doi:10.1016/j.jconrel.2015.08.051. PMID 26342664. 
  8. ^ Hoernes TP, Clementi N, Faserl K, Glasner H, Breuker K, Lindner H, et al. (January 2016). "Nucleotide modifications within bacterial messenger RNAs regulate their translation and are able to rewire the genetic code". Nucleic Acids Research. 44 (2): 852–62. doi:10.1093/nar/gkv1182. PMC 4737146 alt=Dapat diakses gratis. PMID 26578598. 
  9. ^ Svitkin YV, Cheng YM, Chakraborty T, Presnyak V, John M, Sonenberg N (June 2017). "N1-methyl-pseudouridine in mRNA enhances translation through eIF2α-dependent and independent mechanisms by increasing ribosome density". Nucleic Acids Research. 45 (10): 6023–6036. doi:10.1093/nar/gkx135. PMC 5449617 alt=Dapat diakses gratis. PMID 28334758. 
  10. ^ a b Schlake T, Thess A, Fotin-Mleczek M, Kallen KJ (November 2012). "Developing mRNA-vaccine technologies". RNA Biology. 9 (11): 1319–30. doi:10.4161/rna.22269. PMC 3597572 alt=Dapat diakses gratis. PMID 23064118.  Kesalahan pengutipan: Tanda <ref> tidak sah; nama ":0" didefinisikan berulang dengan isi berbeda
  11. ^ Orlandini von Niessen AG, Poleganov MA, Rechner C, Plaschke A, Kranz LM, Fesser S, et al. (April 2019). "Improving mRNA-Based Therapeutic Gene Delivery by Expression-Augmenting 3' UTRs Identified by Cellular Library Screening". Molecular Therapy. 27 (4): 824–836. doi:10.1016/j.ymthe.2018.12.011. PMC 6453560 alt=Dapat diakses gratis. PMID 30638957. 
  12. ^ Zhao L, Seth A, Wibowo N, Zhao CX, Mitter N, Yu C, Middelberg AP (January 2014). "Nanoparticle vaccines". Vaccine. 32 (3): 327–37. doi:10.1016/j.vaccine.2013.11.069. PMID 24295808. 
  13. ^ Carlsson L, Clarke JC, Yen C, Gregoire F, Albery T, Billger M, et al. (June 2018). "VEGF-A mRNA Improves Cardiac Function after Intracardiac Injection 1 Week Post-myocardial Infarction in Swine". Molecular Therapy. Methods & Clinical Development. 9: 330–346. doi:10.1016/j.omtm.2018.04.003. PMC 6054703 alt=Dapat diakses gratis. PMID 30038937. 
  14. ^ "Pfizer and BioNTech Celebrate Historic First Authorization in the U.S. of Vaccine to Prevent COVID-19". www.businesswire.com. 12 December 2020. 
  15. ^ "Moderna's Pipeline". Moderna. Diakses tanggal 2020-11-28. 
  16. ^ Kaur K, Zangi L (December 2020). "Modified mRNA as a Therapeutic Tool for the Heart". Cardiovascular Drugs and Therapy. 34 (6): 871–880. doi:10.1007/s10557-020-07051-4. PMC 7441140 alt=Dapat diakses gratis. PMID 32822006. 
  17. ^ McNamara, Megan A.; Nair, Smita K.; Holl, Eda K. (2015). "RNA-Based Vaccines in Cancer Immunotherapy". Journal of Immunology Research. 2015: 794528. doi:10.1155/2015/794528. PMC 4668311 alt=Dapat diakses gratis. PMID 26665011.