Dr. Stribor Marković je uradio analizu strukture sekvence RNK spike proteina virusa SARS-CoV-2 koja se nalazi u vakcinama protiv COVID-19 i objasnio kako je ta sekvenca prilagođena.
Stribor Marković, mag. pharm.
 
RNK sekvenca virusa SARS-CoV-2 se morala prilagoditi i neke stvari su se morale izmijeniti kako bi vakcina bila stabilnija i efikasnija. To znači da su se morali mijenjati neki kodoni unutar sekvence, u one koji se više koriste u ljudskim ćelijama, a sama sekvence zaštititi “kapiranjem” na 5′ kraju, te dodavanjem Poly-A repa. 
 
Virusi su genetički vrlo udaljeni od čovjeka i neki virusi u dijelu svojih gena sadrže kodone koje ljudska stanica rijetko koristi.
 
Korištenje kodona koji se rijetko koriste može smanjiti stvaranje proteina, stoga je prvi korak bila optimizacija kodona koji se rijetko koriste. U odnosu na izvorni gen napravljen je niz mutacija koje ne mijenjaju proteinski sastav, već samo mijenjaju kodone koji se rijetko koriste u kodone koji se često koriste. To je bio prvi korak. Tim promjenama se povećava uspješnost stvaranja željenog proteina.
 

Koje su to osobine strukture sekvence mRNA u novim vakcinama protiv COVID-19?

Drugi korak je borba s nestabilnošću proteina šiljka virusa SARS-CoV-2. Drugim riječima, kada se i stvori, taj protein bi bio prekratko „živio“ u našim stanicama i ne bi stvarao dobar imunološki odgovor. Kako? Srećom, virus SARS-CoV-2 nije prvi iz svoje obitelji pa su znanstvenici shvatili da ga mogu stabilizirati jednostavnim zamjenama aminokiselina na proteinima šiljka i kod virusa SARS-CoV-1 i MERS. Kada se aminokiseline lizin na poziciji 986 i valin na poziciji 987 proteina šiljka (spike proteina) zamijene aminokiselinom prolinom, takav je protein stabilniji. Ta promjena ne smanjuje efikasnost imunizacije protiv proteina „divljeg“ (prirodnog) virusa SARS-CoV-2. Tko želi znati više, pročitajte referencu 1.
mRNA ne može funkcionirati bez dijelova koji nisu samo kodoni koji kodiraju protein šiljka. Prvi važan dio je „kapica“. Kapica se sastoji od baza – adenozina i gvanozina, a koje se moraju metilirati (na njih se doda CH3 skupina). Stoga je kapica prvi dio koji se dodaje u mRNA molekulu. Kapica daje stabilnost mRNA i omogućuje stvaranje proteina na ribosomima. Na koji način se na RNA molekulu nadograđuju strukture poput kapice? Mogu se nadograditi kemijskim ili enzimskim putem. Za vas koji ste znatiželjni, detalje procesa nadograđivanja možete pronaći u referenci 2.
Kozakova sekvenca omogućuje prepoznavanje pravog start signala (kodona) AUG. Naime, start kodon AUG se ponavlja u svakoj mRNK više puta. To bi moglo „zbuniti“ ribosom odakle da počne stvaranje proteina. Kozakova sekvenca omogućuje da ribosom prepoznaje pravi start kodon.
Tek nakon kapice i 5′-netranslatirane regije slijedi dio koji kodira protein šiljka.
 
Različite mRNA molekule znatno se razlikuju u stabilnosti. Jedan od faktora koji utječe na stabilnost mRNA je tzv. 3′-netranslatirana regija koja se nalazi nakon kodirajućeg dijela mRNA. U slučaju mRNA cjepiva protiv virusa SARS-CoV-2 znanstvenici su stvorili 3′-netranslatiranu regiju od AES sekvence (od engleske skraćenice za amino-terminal enhancer of split) te dijela RNA za 12S mitohondrijsku ribosomsku RNA.
 
Takva modifikacija omogućuje dovoljno dug život u stanici da stvori protein šiljka, a prije no se prirodnim procesima razgradi. Nakon tih sekvenci nalazi se poli-A rep koji se sastoji od 70 adenozina i koji je prisutan u svim mRNA molekulama.
 

 

Credit: BioRender

 

 

 

 
 
RNK se sastoji od četiri baze – AUGC. Najveća kemijska modifikacija na molekuli mRNK je zamjena uridina s 1-metil-3′-pseudouridinom. 1-metil-3′-pseudouridin je derivat pseudouridina, baze koje prirodno nastaje u raznim RNA molekulama u tijelu. 1-metil-3′-pseudouridin povećava efikasnost nastanka proteina iz mRNA i istovremeno smanjuje mogući pretjerani imunološki odgovor koje bi stvorila prevelika količina „klasične“ mRNA. Otkriće 1-metil-3′-pseudouridina bilo je vrlo bitno u povijesti razvoja mRNA cjepiva i lijekova. Više informacija možete naći u referencama 3 i 4.
Može li se dogoditi da stanica „krivo prepiše“ ovakvu mRNA odnosno napravi protein pogrešne strukture? Moguće je, no takve pogreške nastaju svaki dan, svake sekunde i s našim mRNA molekulama. Što se događa s tim proteinima? Oni se razgrađuju kao i svi drugi proteini. O tome više pročitajte u referenci 5.
mRNA tehnologija je spretna jer je – brza. Atenuiranje virusa i bakterija je dugotrajni proces (podsjetite se ovdje i ovdje i razvoj takvih cjepiva traje vrlo dugo. Čak i rekombinantna tehnologija bude sporija. Pročitajte više u referenci 6.

 

Sekvenca mRNA u cjepivu protiv virusa SARS-CoV-2 dostupna je ovdje.

Reference:
1. bioRxiv. 2020 Sep 17:2020.09.
2. Beilstein J Org Chem. 2017; 13: 2819–2832.
3. Journal of Controlled Release 217 (2015) 337–344
4. Nucleic Acids Res. 2017 Jun 2;45(10):6023-6036.
5. Nat Rev Genet. 2009 Oct; 10(10): 715–724.
6. Nat Rev Drug Discov. 2018 Apr;17(4):261-279.
Tekst je s dozvolom autora preuzet s imunizacija.hr. O tome zašto RNK iz mRNA vakcina ne mijenja naš genom čitajte ovdje.

Sekvenca koja kodira Spike protein u MRNA vakcini (Pfizer) – gore je vakcinalna sekvenca, dolje ona divljeg virusa: