Neues Verfahren zur Herstellung chemisch modifizierter mRNA entwickelt

In einer aktuellen Studie beschreibt die Forschungsgruppe am Institut für Organische Chemie der Universität zu Köln um Prof. Dr. Stephanie Kath-Schorr eine neuartige Methode zur enzymatischen Herstellung synthetischer Boten-RNA (mRNA). Während natürliche Basenmodifikationen von mRNA bereits verwendet werden – beispielsweise von BioNTech/Pfizer für die Herstellung ihres Coronavirus-Impfstoffs – enthält diese neu entwickelte mRNA zusätzlich ortsspezifisch eingeführte, nicht natürliche Nukleotide. Nukleotide sind Moleküle, die als Grundbausteine ​​der RNA fungieren. Dieser neue Ansatz unter Verwendung nicht natürlicher Nukleotide ermöglicht es den Wissenschaftlern zu untersuchen, wie mRNA in Zellen eingeführt wird, und zu beobachten, wie sich die neu eingeführte Information auf zellulärer Ebene ausbreitet. Dies wiederum verspricht langfristig bessere therapeutische Anwendungen. Der Artikel ist erschienen in Chemische Wissenschaft.

Bisherige Methoden erlaubten die Herstellung von mRNAs mit chemisch modifizierten Bausteinen an bestimmten Positionen nicht, da mRNAs aufgrund ihrer Länge von mehreren tausend Bausteinen enzymatisch hergestellt werden. Bei der neuen Methode nutzen die Forscher bei der enzymatischen Transkription von DNA zu RNA ein sogenanntes „erweitertes genetisches Alphabet“. Wo normalerweise zwei Basenpaare für die Transkription verantwortlich sind, führte das Team ein drittes Basenpaar ein. Dies ermöglichte ihnen, unnatürliche RNA-Nukleotide in bestimmte mRNA-Segmente einzuführen, die Proteinproduktion zu modifizieren und die zelluläre Anwendung im Detail zu untersuchen.

„Wir haben untersucht, wie stabil diese chemisch veränderte mRNA in Zellen ist, ob die künstlich hergestellte mRNA in Zellen als Vorlage für eine effiziente Proteinproduktion dienen kann und welchen Einfluss die chemischen Modifikationen auf die Proteinproduktion haben“, sagt Kath-Schorr. Die Ergebnisse zeigen, dass die neue Methode sehr leistungsfähig ist, um die Einführung von mRNA in Zellen zu überwachen und ihre Ausbreitung auf zellulärer Ebene sowie die Effizienz der Informationstranskription zu überwachen und zu beeinflussen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur Entwicklung effizienter mRNA-Therapien – nicht nur als Impfstoff, sondern auch in der Krebstherapie.

Prinzipiell ließe sich das Verfahren auf jede mRNA anwenden. Dazu bedarf es jedoch weiterer Forschung, die derzeit in Kooperation mit der Universitätsklinik Köln in Planung ist. In einem weiteren Schritt müssten klinische Studien durchgeführt werden. Kath-Schorrs Team entwickelt derzeit auch eine effizientere Methode, um mRNAs zu verpacken, bevor sie in Zellen eingebracht werden. Auf diesem Gebiet kooperiert das Institut für Organische Chemie mit weiteren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fachbereichs Chemie sowie der Medizinischen Fakultät im Rahmen des UzK-Forums „Transformative Nanocarriers for RNA Transport and Tracking – Advanced Concepts for Therapy and Diagnostic“ (iRNA Träger).