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Um LNP está localizado em um longo túbulo endossômico (verde), junto com um sinal de mRNA disperso perpendicular (ciano) e provavelmente representando uma instância de escape de mRNA (roxo). Crédito: Marino Zerial/MPI-CBG
Os investigadores descobriram onde e como o mRNA chega a uma célula para modificar ou entregar informação genética, um processo crucial para o desenvolvimento de novas terapias.
ADN (desoxirribonucléico ácido) contém a informação genética necessária para o desenvolvimento e manutenção da vida. Esta informação é comunicada pelo ácido ribonucleico mensageiro (mRNA) para produzir proteínas. A terapêutica baseada em mRNA tem o potencial de atender às necessidades não atendidas de uma ampla variedade de doenças, incluindo câncer e doença cardiovascular. O mRNA pode ser entregue às células para desencadear a produção, degradação ou modificação de uma proteína alvo, algo impossível com outras abordagens.
Um desafio fundamental desta modalidade é ser capaz de entregar o mRNA dentro da célula para que possa ser traduzido para produzir uma proteína. O mRNA pode ser embalado em nanopartículas lipídicas (LNPs) – pequenas bolhas de gordura – que protegem o mRNA e o transportam para dentro das células. No entanto, este processo não é simples, porque o mRNA tem que passar pela membrana antes de atingir o seu local de ação no interior da célula, o citoplasma.
Os pesquisadores da equipe do diretor do MPI-CBG, Marino Zerial, são especialistas em visualizar as rotas de entrada celular de moléculas na célula, como o mRNA, com microscópios de alta resolução. Eles se uniram a cientistas da AstraZeneca que forneceram aos pesquisadores protótipos de nanopartículas lipídicas que eles desenvolveram para abordagens terapêuticas para seguir o mRNA dentro da célula. O estudo está publicado no Jornal de Biologia Celular.
“Para ser entregue, o mRNA deve fazer uma longa jornada. Envolvido na bolha gordurosa do LNP, ele precisa primeiro entrar na célula”, explica Marino Zerial. “Os LNPs chegam à superfície celular onde se ligam aos receptores. Eles são então absorvidos em compartimentos especializados fechados por membrana, chamados endossomos. Neste ponto, o mRNA está dentro das células, mas rodeado por duas barreiras, a bolha gordurosa e a parede do endossomo ou, mais corretamente, a membrana. O desafio do mRNA é escapar de ambas as barreiras para chegar ao citoplasma, onde serve de modelo para a produção de proteínas. Sabemos que apenas uma pequena fração ARN moléculas são capazes de escapar para o citoplasma.”
Moléculas de carga internalizadas, como os LNPs, são primeiro transportadas para os endossomos “iniciais”. São centros logísticos que distribuem moléculas de carga para diversos destinos na célula. Eles reciclam moléculas para a superfície celular ou as degradam em endossomos e lisossomos tardios. Até agora, as pessoas pensavam que o mRNA escapava dos endossomas tardios explorando o seu conteúdo muito ácido.
“Com técnicas de microscopia de molécula única”, explica Prasath Paramasivam, primeiro autor do estudo, “podemos visualizar pela primeira vez o mRNA no LNP dentro dos endossomos das células. Também capturamos o escape real do mRNA, que aconteceu nos túbulos dos endossomos de reciclagem, que são apenas levemente ácidos. Nossos resultados implicam que o envio do mRNA do LNP para endossomos tardios é contraproducente para a entrega e apenas aumenta a toxicidade celular”, diz Zerial. Essas descobertas ajudam a compreender mais detalhadamente o mecanismo de escape do mRNA dos endossomos.
Marino Zerial resume: “O sistema de entrega de LNP para mRNA necessita de altas doses devido à baixa eficiência de escape endossomal. Saber para onde vai o mRNA e como ele pode escapar dos endossomas nos permite desenvolver veículos melhores para uma entrega mais eficiente, em doses mais baixas. Podemos melhorar o sistema de entrega de mRNA para que ele possa ser usado em aplicações terapêuticas, por exemplo, no tratamento do câncer”.
Referência: “Escape endossomal de mRNA entregue de túbulos de reciclagem endossomal visualizados no nanoescala”por Prasath Paramasivam, Christian Franke, Martin Stöter, Andreas Höijer, Stefano Bartesaghi, Alan Sabirsh, Lennart Lindfors, Marianna Yanez Arteta, Anders Dahlén, Annette Bak, Shalini Andersson, Yannis Kalaidzidis, Marc Bickle e Marino Zerial, 9 de dezembro de 2021, Jornal de Biologia Celular.
DOI: 10.1083/jcb.202110137