Fluoreszierende RNA auf ihrem Weg verfolgen

Schwedischen Forschern ist es gelungen, mRNA-Moleküle zu markieren und damit in Echtzeit ihren Weg durch die Zelle zu verfolgen – ohne dabei deren Eigenschaften oder spätere Aktivität zu beeinflussen. Die Forschenden versprechen sich davon Fortschritte bei der Entwicklung neuer RNA-basierter Medikamente.

RNA-basierte Therapeutika versprechen großes Potenzial für die Vorbeugung, Behandlung und Heilung von Krankheiten. Allerdings ist der Transport von RNA-Therapeutika in die Zelle derzeit noch ineffizient. Damit diese ihr Potenzial entfalten können, müssen die Verabreichungsmethoden optimiert werden. Und es ist wichtig, den Weg der RNA innerhalb lebender Zellen zu erforschen, ohne deren natürliche Interaktionen und Funktionen zu stören. Forschende der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden, liefern nun ein weiteres Puzzlestück zur Überwindung dieser Herausforderungen.

mRNA durch Fluoreszenz sichtbar machen

Den Forschenden gelang es nach eigenen Angaben, einen Baustein der RNA durch eine fluoreszierende Variante zu ersetzen, die, abgesehen von der Fluoreszenz, die natürlichen Eigenschaften der ursprünglichen Base beibehält und mit natürlicher Geschwindigkeit in ein Protein übersetzt werden kann. Dies stellt den Forschenden zufolge einen Durchbruch in der RNA-Forschung dar. Denn die Fluoreszenz erlaubt es, funktionierende mRNA-Moleküle in Echtzeit zu verfolgen und mithilfe eines Mikroskops zu sehen, wie sie in die Zellen aufgenommen werden.

Eine Herausforderung bei der Arbeit mit mRNA ist, dass die Moleküle sehr groß und geladen, gleichzeitig aber fragil sind. Sie können nicht direkt in die Zellen gelangen und müssen daher verpackt werden. Die bisher erfolgreichste Methode verwendet Lipid-Nanopartikel, um die mRNA zu verkapseln. Es besteht noch ein großer Bedarf, neue und effizientere Lipid-Nanopartikel zu entwickeln – etwas, woran auch die Chalmers-Forscher arbeiten. Dazu ist es notwendig zu verstehen, wie die mRNA in die Zellen aufgenommen wird.

“Der große Vorteil unserer Methode ist, dass wir jetzt leicht sehen können, wo in der Zelle die gelieferte mRNA hingeht und in welchen Zellen das Protein gebildet wird, ohne dass die natürliche Protein-Translationsfähigkeit der RNA verloren geht”, sagte Elin Esbjörner, außerordentliche Professorin am Department für Biologie und Biotechnologie und die zweite Hauptautorin des Artikels.

Wichtiger Schritt für die Entwicklung von Medikamenten

Den Wissenschaftlern zufolge kann ihre Methode helfen, mehr darüber zu erfahren, wie der Aufnahmeprozess funktioniert, und so die Entwicklung neuer Medikamente zu beschleunigen.

“Bisher war es nicht möglich, die natürliche Geschwindigkeit und Effizienz zu messen, mit der RNA in der Zelle wirkt. Das bedeutet, dass man die falschen Antworten auf die Fragen bekommt, die man stellt, wenn man ein neues Medikament entwickeln will”, erklärte Marcus Wilhelmsson.

In dem Forschungsprojekt waren Chemiker und Biologen von Chalmers und des Unternehmens AstraZeneca im gemeinsamen Forschungszentrum FoRmulaEx sowie eine Forschungsgruppe am Institut Pasteur in Paris beteiligt.

Originalpublikation:
Baladi T et al. Stealth Fluorescence Labeling for Live Microscopy Imaging of mRNA Delivery.  J Am Chem So. 2021;143(14):5413–5424.