研究人员发现一种新的RNA抑制多种病毒感染
RNA通常被描述为单链表兄的DNA双链分子,所有生物体的基因组。然而,许多类型的非生物病毒携带遗传信息的一种双链RNA(极)。当人体免疫系统检测到国外RNA的存在,这听起来警报通过增加保护性细胞因子的生产称为干扰素(IFN),激活先天免疫反应的病毒入侵。
科学家们试图利用这种天然抗病毒反应通过创建治疗dsrna模拟病毒基因组的特点。但与先天免疫系统干预是一把双刃剑。病毒RNA类似物还可以激活分子途径,导致过度炎症在体内,这可能导致更多的伤害比他们的抗病毒的好处。
现在,一组研究人员在哈佛大学生物工程研究所发现了一种新的免疫刺激性dsrna,强有力地诱发干扰素的生产的两种形式(IFN-I和IFN-III)同时限制与先前的类型的炎症通常观察到RNA-based免疫刺激剂。
新dsRNA分子显著抑制许多病毒的能力具有大流行威胁包括冠,SARS-CoV-2, MERS-CoV,和多个甲型流感病毒株感染人类细胞,在这两种传统的细胞培养以及复杂的人体器官芯片模型的肺。COVID-19在老鼠模型中,dsRNA减少了病毒的动物的身体超过1000倍。结果发表在今天分子Therapy-Nucleic酸。
“这些新dsrna COVID-19是一个有吸引力的治疗选择,因为SARS-CoV-2感染产生免疫反应的不平衡保护干扰素反应是抑制炎症反应是升高的。通过优先增加IFN-I,我们极有可能纠正这种不平衡,并且可以用于治疗许多其他病毒性疾病,“co-first作者Haiqing呗,说博士,前Wyss技术开发的人现在是临床前开发主管Xellar生物系统。
偶然发现,系统的侦查
多年来,白和其他成员Wyss创始董事不因格贝尔的实验室已经开发新的治疗病毒性疾病用人体器官芯片平台。2020年之前,团队致力于识别基因在人类肺细胞,调节他们应对甲型流感感染,是当时最高的大流行的病毒问题。他们开始用CRISPR-Cas9筛选识别宿主基因可能抑制流感病毒的扩散。他们的一个热门候选人的筛选基因被称为DGCR5,生产很长,非编码RNA序列而不是蛋白质。看看DGCR5影响感染率,他们“击倒”的基因设计三种不同的小干扰rna双链(siRNAs)干扰基因的表达,然后交付siRNAs培养的肺细胞。
研究人员发现,这种混合物DGCR5水平降低80%以上,并抑制甲型流感感染90%以上。兴奋的这些结果,他们开始测试单独siRNAs以及一些额外的小干扰rna序列DGCR5-specific。令他们吃惊的是,虽然九10 siRNAs他们创造了显著降低DGCR5基因表达,只有其中一个抑制病毒感染。似乎DGCR5活动可能不是病毒感染率的司机。
当他们进一步调查,证实这一特定核引起多个基因参与的upregulation干扰素信号通路。额外的研究表明,核完全激活三个信号通路之一,可以触发干扰素生产,称为rig - i途径,这是一个先天免疫反应的重要组成部分。研究人员开始怀疑,他们发现了一种新的dsrna,刺激免疫系统通过一个以前未知的作用机理。
他们必须工作系统生成和测试超过200个变异原dsRNA序列机制的梳理。他们发现了一个特定的核苷酸,称为“主题”,这是一贯的一端dsrna高IFN-stimulating活动:在一条链上胞嘧啶(C)和三个鸟嘌呤(GGG)链。因为C结合G GGG序列的图案,有一个“过剩”的两个Gs年底dsRNA。dsRNA存在的许多副本时,悬臂Gs的一个分子可以通过一个不同寻常的绑定到另一个分子的现象叫做G-G Hoogsteen碱基配对。结果dsRNA二聚体然后直接绑定到rig - i非常有效,导致其激活和随后的干扰素反应。
“这是非常有趣的,因为之前的研究已经表明,可以激活rig - i blunt-ended双悬臂dsrna,缺乏,几乎任何类型的过剩可以防止rig - i绑定。但独特G-G绑定我们观察到的行为有效地创建blunt-ended dsRNA能够强有力地激活rig - i,所以在这种情况下,过剩的活动至关重要的小说dsRNA,“co-first作者龙龙说如果博士前Wyss技术开发的人现在是一个教授在中国深圳先进技术研究院。
从流感COVID和超越
看看他们新发现的极有效的活细胞,研究人员测试了其中一个对比合成免疫刺激剂,模仿病毒感染保利(我:C)。当他们两个治疗应用于人类上皮细胞,他们发现dsRNA产生炎症抗病毒反应少,而更多的炎症保利(我:C)造成更广泛的基因表达变化和影响其他生物过程必不可少的正常细胞的功能。
把它一步,团队然后测试人类肺气道和肺泡芯片dsRNA Wyss研究所以前开发的体外复制复杂的人体器官组织和功能。他们介绍了dsRNA健康芯片,看到IFN-I表达式之间增加12 - 40倍。然后添加流感器官芯片时,他们发现dsRNA抑制感染到80 - 90%。
然后COVID-19大流行,和团队旋转他们的研究从流感SARS-CoV-2和相关冠状病毒冠,HCoV-NL63 MERS-CoV,普通感冒病毒。他们dsRNA从容面对了改变,抑制MERS-CoV和HCoV-NL63感染哺乳动物细胞系来源于猴子的超过90%,冠1000倍以上。它也抑制SARS-CoV-2感染人类上皮细胞系的惊人的99.99%。
这些研究都是在与马修Frieman合作完成的小组从马里兰大学医学院和本杰明tenOever伊坎在西奈山医学院(现格罗斯曼纽约大学医学院)。
最后,他们测试了dsRNA COVID-19小鼠模型的合作者杨董和科琳Johnsson博士田纳西州大学健康科学中心。当他们感染治疗小鼠SARS-CoV-2, dsRNA减少动物的肺的病毒载量超过1000倍相比,动物对待炒dsRNA序列。
“COVID-19大流行已明确这痛苦,我们需要广谱治疗能够衰减由多种病毒感染,而不是开发一个定制的治疗为每个单独的疾病出现。我希望这种RNA治疗技术,其化学和物理性质使它容易在大尺度上可制造的,将成为一种广泛使用的方法对抗未来的大流行,”医学博士也因格贝尔说博士,他也是Judah Folkman血管生物学教授(HMS)和哈佛医学院波士顿儿童医院,和Hansjorg Wyss Bioinspired工程教授哈佛大学约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。
除了治疗病毒,这些小说极可能治疗细菌、真菌和寄生虫感染,癌症和自身免疫性疾病等条件可以受益于增加干扰素生产。他们也可以被用作一种佐剂增强其他疫苗的活动。
作者说,重要的是,未来的研究建立最佳的治疗时机,激活干扰素太晚了在感染可能会加剧炎症,以及调查的可能性直接管理dsRNA上呼吸道(例如,通过一个吸入器)来减少系统性免疫激活。
