• Nie Znaleziono Wyników

mrna jako narzędzie walki z koronawirusem i nie tylko

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "mrna jako narzędzie walki z koronawirusem i nie tylko"

Copied!
34
0
0

Pełen tekst

(1)

Joanna Kowalska

Wydział Fizyki, Zakład Biofizyki IFD Uniwersytet Warszawski

mRNA jako narzędzie walki z koronawirusem…

i nie tylko

Warszawa, 22 kwietnia 2021

(2)

Pandemia COVID-19

20 kwietnia 2021 Ponad 141 mln przypadków na świecie (2.7 mln w Polsce); 3.01 mln śmierci spowodowanych COVID-19 (62 tysiące w Polsce)

9 Stycznia 2020 Pierwszy potwierdzony przypadek śmiertelny (Wuhan)

Grudzień 2019 Pierwszy przypadek nowego koronawirusa zgłoszony w Wuhan, Chiny

14 Lutego 2020 Pierwsza potwierdzona śmierć w Europie (Francja)

12 Stycznia 2020 Po raz pierwszy opublikowano genom (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MN908947) Koniec stycznia 2020 Rozpoczęto pierwsze programy szczepionkowe (m.in. BioNTech and Moderna)

21 Grudnia 2020 szczepionka BioNTech-Pfizer (warunkowo) dopuszczona przez EMA 6 Stycznia 2020 szczepionka Moderna (warunkowo) dopuszczona przez EMA

Marzec 2020 WHO ogłasza pandemię

4 Marca 2020 Pierwsza potwierdzona śmierć w Polsce

2 Grudnia 2020 szczepionka BioNTech-Pfizer dopuszczona w UK

(3)

Szczepionki mRNA przeciwko SARS-CoV-2

BioNTech-Pfizer

Comirnaty (BNT162b2)

Moderna

Vaccine mRNA 1273

• Czy coś co powstało tak szybko może być skuteczne?

• Jak działają szczepionki mRNA?

• Czy szczepionki mRNA mogą zmienić nasze geny?

• Czy są „lepsze” czy „gorsze” od tradycyjnych szczepionek?

(4)

Opublikowane wyniki badań klinicznych pokazują bezpieczeństwo i bardzo dużą skuteczność

Faza III

80,000 uczestników 43,000 uczestników

Czy szczepionka jest skuteczna?

Faza II skuteczność na małej grupie

Kilkaset osób Faza I

bezpieczeństwo Kilkadziesiąt osób

(5)

People who received Placebo

People who received BNT162b2

Weeks from administration of the first dose

0 1 2 3 8 12 16

First dose

Second dose

Badanie kliniczne fazy II/III: 43 000 participants 50% received vaccine, 50% received placebo

2.5%

2.0%

1.5%

1.0%

0.5%

N Engl J Med 2020; 383:2603-2615

Skuteczność szczepionki Comirnaty

(6)

DNA mRNA

białko

transkrypcja

translacja

Ekspresja genów

(7)

DNA RNA

białko

instruckja

zużywalna kopia

produkt

Ekspresja genów

(8)

DNA

RNA

białko

„Mała cząsteczka”

Jak działa „typowy” lek

(9)

Terapia genowa oparta na mRNA

(10)

DNA

mRNA

Białko

(terapeutyk lub antygen)

Transkrypcja

Translacja

mRNA + rybosomy

Terapia genowa oparta na mRNA

(11)

Wybór antygenu (białka wirusa)

szczepienie Synteza mRNA

kodującego antygen

mRNA kodujące antygen

„produkcja”

białka wirusa w komórkach

Wytworzenie przeciwciał i

komórek pamięci cancer cell or pathogen infected cell

1

2

4

Koronavirus

Jak działają szczepionki mRNA na koronawirusa?

aktywacja komórek układu odp.

Formulacja (dodanie otoczki tłuszczowej) 3

5 Odporność

(12)

Które białko wybrać?

Genom SARS-CoV-2 zawiera 29,811 nukleotydów, koduje 29 białek

(13)

Białko kolca jest eksponowane na powierzchni wirusa

https://www.sciencemag.org/

(14)

Białko S łączy się z receptorem ACE-2…

Nature Reviews Microbiology volume 19, pages155–170(2021)

Rabadan, R. (2020). What Is a Coronavirus? In Understanding Coronavirus (Understanding Life, pp. 21-32). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/9781108920254.003

…umożliwiając wirusowi wejście do komórki

(15)

Pdb:6M17

Liczne mutacje białka kolca mogą prowadzić to utraty aktywności

Released: 2020-03-11 !!!

(16)

Co z wariantami?

https://www.nytimes .com/interactive/202 1/health/coronavirus -variant-tracker.html

• Wirus mutuje w sposób przypadkowy

• Większość mutacji nie ma wpływu na działanie wirusa

• Najgroźniejsze są mutacje, które

ułatwiają wirusowi wnikanie do komórek (np. poprzez zwiększenie produkcji

białka S lub zwiększenie powinowactwa do ACE-2) lub zmieniają kształt białka S, co może utrudnić rozpoznanie przez

przeciwciała

Mutations in the spike protein include:

N501Y, which helps the virus latch on more tightly to human cells. But the mutation is not likely to help the virus evade current vaccines.

P681H, which may help infected cells create new spike proteins more efficiently.

— The H69–V70 andY144/145 deletions, which alter the shape of the spike and may help it evade some antibodies.

Jeśli znamy sekwencję zmutowanego białka S, nową wersję szczepionki na bazie mRNA można wyprodukować w 4 tygodnie!

(17)

• Szczepionki na Zika, wściekliznę, grypę, HIV

• Jednogenowe choroby genetyczne (np. mukowiscydoza, hemofilia B, choroby metaboliczne)

• Immunoterapie onkologiczne („szczepionki” przeciwnowotworowe)

• Medycyna regeneracyjna (np. w kardiologii)

• Dostarczanie białek trwale edytujących genom

mRNA to nie tylko szczepionka na koronawirusa

Białko wirusa

Białko, którego brak Białko charakterystyczne

dla nowotworu Białko - czynnik wzrostu Białko – nukleaza (np. Cas 9)

(18)

czapeczka (kap) Koniec 5’

Koniec 3’

otwarta ramka odczytu

Jak ulepszyć terapeutyczne mRNA?

WYZWANIA: Trwałość, wydajność biosyntezy białka, łatwość produkcji

(19)

Kap chroni mRNA i umożliwia biosyntezę białka

(20)

O O P CH2

O O

P O O

O P O O Se O P O

O BH3

Badania prowadzone na przestrzeni ostatnich 15 lat

Analogi kapu opracowane w Laboratorium Chemii Bioorganicznej

(21)

β-S-ARCA

Zamiana jednego atomu w mRNA kilkukrotnie zwiększa trwałość i biosyntezę białka w komórkach!!!

Grudzien-Nogalska et al. RNA, 2007, 13 (10), 1745-1755 Kowalska et al. RNA, 2008 14 (6), 1119-1131

Jemielity et al. patent application 2007

(22)

Kuhn AN et al. Gene therapy 2010, 17 (8), 961-971

Współpraca z grupą U. Sahina, University of Mainz & BioNTech

β-S-ARCA zwiększa aktywność mRNA in vivo

(23)

• RBL001/RBL002 Phase I Clinical Trial (MERIT) (2012-2015) Melanoma: 29 participants

• IVAC MUTANOME Phase I Clinical Trial (2014-2019) Melanoma: 15 participants

• Evaluation of the Safety and Tolerability of i.v. Administration of a Cancer Vaccine in Patients With Advanced Melanoma - Lipo-MERIT, Phase I Clinical Trial (2015- 2022)

Melanoma: 119 participants

• and 11 more

Badania kliniczne z udziałem β-S-ARCA

(24)

Warminski et al. ACS Chemical Biology 2021

Z czego wynikają szczególne właściwości β-S-ARCA ?

Co dalej?

(25)

PJ Sikorski et al. Nucleic acids research, 2020, 48 (4), 1607-1626

16 18 20 22

0 50 100 150 200

Retention time (min)

Absorbance @ 254 nm

pppG-RNA + EXP026-RNA EXP026-RNA

pppG-RNA capped

mRNA uncapped

mRNA

• Modyfikacje „wewnętrzne” w mRNA

• Modyfikacje końca 3’

Co dalej?

Szukamy nowych analogów o ulepszonych właściwościach

(26)

Co dalej?

Szukamy nowych analogów o ulepszonych właściwościach

Unnatural bases Triphosphate modifications

Phosphodiester modifications

2’-O-modifications

Warminski et al. patent application 2020

(27)

Co dalej?

Szukamy sposobów na „podglądanie” terapeutycznych mRNA w

komórce i in vivo

(28)

A

DNA template NTP mix

FAM-m7Gp3AmpG IVT with c.t.

5’ capping & labelling

p.t. 3’ end labelling

T7 Pol T4 RNA

ligase pAp-SCy5

HPLC-purified

FAM-m7Gp3AmpG-RNA FAM-m7Gp3AmpG-RNA-SCy5

Dcp1-Dcp2

Tibble et al. Nat. Chem. Biol., 2021

Badanie degradacji mRNA

(29)

Green Fluorescent Protein (GFP)

Mamot, Sikorski et al. unpublished work

Śledzenie mRNA w komórce

(30)

Collaboration with Dr Aleksandra Siekierska, Univ. Lueven

Śledzenie mRNA w organizmie?

https://en.wikipedia.org/wiki/Zebrafish

(31)

Collaboration with Aleksandra Siekierska, Univ. Lueven

Jednoczesna obserwacja mRNA i białka w zarodku D.reiro

8 h 24 h - ogon 24 h - głowa

3’ 5’ 3’ i 5’ GFP 3’ 5’ 3’ i 5’ GFP 3’ 5’ 3’ i 5’ GFP

(32)

Collaboration with Aleksandra Siekierska, Univ. Lueven

(33)

NASZ ZESPÓŁ

Zakład Biofizyki, IFD, Wydział Fizyki UW

Centrum Nowych Technologii UW

prof. Jacek JEMIELITY Dr Mikołaj CHROMIŃSKI Dr Anaix DEPAIX

Dr Karolina DRĄŻKOWSKA Dr Dorota KUBACKA

Dr Łukasz MARKIEWICZ Dr Paweł SIKORSKI

Dr Mirosław ŚMIETAŃSKI Dr Marcin WARMIŃSKI Dr Błażej WOJTCZAK

Mgr Sebastian CHMIELIŃSKI Mgr Karolina KACZMARSKA Mgr Marek BARANOWSKI Mgr Marcelina BEDNARCZYK Mgr Renata KASPRZYK

Mgr Michał KOPCIAŁ Mateusz KOZARSKI Mgr Adam MAMOT

Mgr Agnieszka MŁYNARSKA Mgr Anna NOWICKA

Mgr Olga PERZANOWSKA Mgr Dominika STRZELECKA Mgr Tomasz ŚPIEWLA

Mgr Przemysław WANAT Mgr ZofiaWARMIŃSKA Mgr Kamil ZIEMKIEWICZ Natalia BARAN

Mateusz FIDO

Sebastian GOŁOJUCH Radosław WÓJCIK

(34)

Dziękuję za uwagę

Cytaty

Powiązane dokumenty

Szczepionka RNA dostarcza komórce instrukcji jak wyprodukować białko S wirusa w celu zmuszenia układu odpornościowego człowieka do produkcji przeciwciał przeciw

zapewnienia miejsca pobytu. Mu- sieliśmy to pogodzić z obowiązują- cymi obostrzeniami. Nie można było przyjmować osób do schroniska. Trzeba było stworzyć miejsca

Podróż do Hiszpanii w sierpniu 1934 roku miała być okazją do wzięcia udziału w corocznej corridzie. Wyjazd miał też na celu zażegnanie małżeńskiego

W czasie obróbki otrzymuje czapeczkę CAP położoną na końcu 5’, następuję ma miejsce wycięcie sekwencji niekodujących (introny) oraz dodawany jest ogon poli-A na końcu 3’..

Wymienia się 3 rodzaje genów: geny kodujące mRNA, geny kodujące tRNA i geny kodujące rRNA.. Zakodowane w mRNA białka ulegają syntezie w procesie translacji, a następnie

Przenoszenie zakażenia COVID-19 z matki na dziecko rzadkie Wieczna zmarzlina może zacząć uwalniać cieplarniane gazy Ćwiczenia fizyczne pomocne w leczeniu efektów długiego

Przenoszenie zakażenia COVID-19 z matki na dziecko rzadkie Wieczna zmarzlina może zacząć uwalniać cieplarniane gazy Ćwiczenia fizyczne pomocne w leczeniu efektów długiego

Przenoszenie zakażenia COVID-19 z matki na dziecko rzadkie Wieczna zmarzlina może zacząć uwalniać cieplarniane gazy Ćwiczenia fizyczne pomocne w leczeniu efektów długiego