Avec la découverte d'un nano-échafaudage d'ARN qui reste exceptionnellement stable dans le corps, des chercheurs de l'Université de Cincinnati (UC) ont surmonté un autre obstacle au développement de la nanotechnologie thérapeutique de l'ARN.
Peixuan Guo, Doctorat, Dane et Mary Louise Miller Endowed Chair et professeur de génie biomédical, et ses collègues du College of Engineering and Applied Sciences de l'UC rapportent la construction d'une nanoparticule d'ARN thermodynamiquement stable en ligne dans la revue Nature Nanotechnologie.
La nanoparticule, construit à partir d'un motif de jonction à trois voies (3WJ) de molécules d'ARN d'emballage (ARNp), peut servir de plate-forme pour construire plus grand, nanoparticules multifonctionnelles, dit Guo, qui peuvent ensuite être injectés dans le corps pour administrer des agents thérapeutiques aux cellules ciblées.
"Les nanoparticules d'ARN ont des applications dans le traitement des cancers et des infections virales, " il dit, "mais l'un des problèmes sur le terrain est que les nanoparticules d'ARN sont relativement instables. Sans liaisons covalentes ni réticulation pour les maintenir ensemble, les nanoparticules produites par auto-assemblage peuvent se dissocier lorsqu'elles sont injectées dans les systèmes de circulation animale et humaine, où ils existent à de très faibles concentrations.
Dans le travail, Guo et les chercheurs ont exploré la structure unique du moteur d'encapsidation de l'ADN du bactériophage phi29, un virus qui infecte les bactéries. Le moteur est entraîné par un anneau de molécules d'ARNp contenant des boucles imbriquées et des domaines hélicoïdaux, qui sont réunis par un motif 3WJ fort.
"L'ARNp est extraordinairement fort, " dit Guo, "puisqu'il s'agit d'une pièce mécanique que la nature utilise pour engrener un moteur puissant. Cette force en fait une plate-forme idéale pour la construction de nanoparticules d'ARN. De plus, le noyau a des caractéristiques uniques et exceptionnellement stables, telles que la résistance aux dénaturants forts comme l'urée et la capacité reste intacte à des concentrations ultra-faibles en l'absence de magnésium."
En utilisant trois petits fragments d'ARN à haute affinité pour l'assemblage en structures plus grandes, les chercheurs ont pu recréer le noyau 3WJ en dehors de la structure de l'ARNp. En outre, chaque bras du noyau 3WJ peut être fusionné à des molécules d'ARNsi, des ligands de liaison aux récepteurs et des aptamères d'ARN, les outils moléculaires nécessaires à la nanoparticule pour trouver une cellule ciblée à l'intérieur du corps et faire taire les gènes qui s'y trouvent.
La nanoparticule résultante est restée stable et fonctionnelle in vitro et, lorsqu'il est introduit in vivo, tumeurs ciblées spécifiquement sans diffusion vers d'autres organes critiques ou tissus normaux.
"Faire des complexes de fusion d'ADN ou d'ARN n'est pas difficile, " dit Guo, "mais assurer le repliement approprié des modules individuels au sein du complexe pour conserver leur fonction après la fusion est une tâche difficile. Le noyau pRNA 3WJ dirige le repliement des modules fonctionnels individuels, et la stabilité du noyau 3WJ garantit que chaque module de fusion reste plié pour un fonctionnement correct."
Plus tôt cette année, Guo et son équipe ont surmonté un autre obstacle à la nanotechnologie de l'ARN, le risque posé par la RNase, une enzyme commune qui dégrade rapidement l'ARN au contact. En remplaçant un groupe chimique dans le cycle ribose de l'ARN, L'équipe de Guo a réussi à rendre l'ARN résistant à la dégradation, tout en conservant sa capacité à s'assembler en nanoparticules et à former une structure et une fonction 3D appropriées.
