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N1-Metilpseudouridina

La N1-metilpseudouridina (abreviada m1Ψ ) es un componente natural del ARNt arqueológico , [1] y un nucleósido de pirimidina "hipermodificado" utilizado en bioquímica y biología molecular para la transcripción in vitro y se encuentra en las vacunas de ARNm del SARS-CoV-2 tozinameran ( Pfizer – BioNTech ) y elasomeran ( Moderna ). [2]

Propiedades

La N1-metilpseudouridina es el derivado metilado de la pseudouridina . Se utiliza en la transcripción in vitro y para la producción de vacunas de ARN. [3] [4] En los vertebrados, estimula significativamente menos la activación de la respuesta inmune innata en comparación con la uridina , [5] mientras que la traducción es más fuerte. [6] [7] En la biosíntesis de proteínas, se lee como la uridina y permite rendimientos proteicos comparativamente altos. [7] [8] El propio nucleósido puede fabricarse mediante metilación química de la pseudouridina. [9]

Si bien la pseudouridina puede aparearse de manera inestable con bases distintas de A, [10] el trabajo que examina las vacunas de ARNm modificado contra la COVID-19 que reemplazan todas sus uridinas con N1-metilpseudouridina muestra una producción fiel de proteínas. [11]

Un trabajo más reciente de Mulroney y colegas ha identificado que la N1-metilpseudouridina puede dar lugar a secuencias resbaladizas que promueven el cambio de marco ribosómico. [12] Este problema se puede corregir fácilmente mediante la sustitución de secuencias resbaladizas por codones sinónimos. No se sabe que el cambio de marco contribuya a ningún problema de seguridad con respecto a las vacunas de ARNm actuales, ni se ha demostrado que limite su eficacia. En el trabajo de Mulroney y colegas, los ratones inmunizados con la vacuna Bnt162b2 (Pfizer-BioNTech) demuestran una mayor respuesta de las células T contra la proteína de la espícula en marco que los que recibieron Vaxzevria (Oxford-AstraZeneca), a pesar de que este último no demostró una producción significativa de secuencias cambiadas de marco. En donantes humanos, el grado de reconocimiento de los péptidos cambiados de marco por las células T varía mucho, lo que sugiere que el grado en que se produce el cambio de marco también puede variar mucho. Es importante destacar que los productos con cambio de marco de lectura son eventos raros pero bien definidos en la producción de proteínas, incluso en infecciones virales, y pueden dar lugar a secuencias que pueden ser atacadas por el sistema inmunológico. [13] [14] Además, a pesar de la disparidad significativa a nivel de secuencias de nucleótidos entre las vacunas COVID-19 de Pfizer/BioNTech y Moderna, [15] el perfil de seguridad de ambas vacunas es comparable, [16] lo que contradice cualquier efecto significativo del cambio de marco de lectura en el perfil de seguridad de las vacunas.

Historia

En 2016, se publicó un protocolo para la síntesis a gran escala del nucleósido trifosfato a partir del ribonucleósido . [17]

En 2017-2018 se probó en vacunas contra el Zika , [18] [19] [20] VIH-1 , [20] influenza , [20] y ébola . [21] [2] :  5 

Referencias

  1. ^ Wurm JP, Griese M, Bahr U, Held M, Heckel A, Karas M, et al. (marzo de 2012). "Identificación de la enzima responsable de la metilación N1 de pseudouridina 54 en ARNt de arqueas". ARN . 18 (3): 412–420. doi :10.1261/rna.028498.111. PMC  3285930 . PMID  22274954. Por el contrario, en la mayoría de las arqueas esta posición está ocupada por otro nucleótido hipermodificado: la pseudouridina isostérica N1-metilada.
  2. ^ ab Morais P, Adachi H, Yu YT (4 de noviembre de 2021). "La contribución crítica de la pseudouridina a las vacunas de ARNm contra la COVID-19". Frontiers in Cell and Developmental Biology . 9 : 789427. doi : 10.3389/fcell.2021.789427 . PMC 8600071 . PMID  34805188. 
  3. ^ Knudson CJ, Alves-Peixoto P, Muramatsu H, Stotesbury C, Tang L, Lin PJ, et al. (septiembre de 2021). "Las vacunas de ARNm encapsuladas en nanopartículas lipídicas inducen células T CD8 de memoria protectoras contra una infección viral letal". Terapia molecular . 29 (9): 2769–2781. doi :10.1016/j.ymthe.2021.05.011. PMC 8417516 . PMID  33992803. 
  4. ^ Krienke C, Kolb L, Diken E, Streuber M, Kirchhoff S, Bukur T, et al. (enero de 2021). "Una vacuna de ARNm no inflamatoria para el tratamiento de la encefalomielitis autoinmune experimental". Science . 371 (6525): 145–153. Bibcode :2021Sci...371..145K. doi :10.1126/science.aay3638. PMID  33414215. S2CID  231138578.
  5. ^ Nelson J, Sorensen EW, Mintri S, Rabideau AE, Zheng W, Besin G, et al. (junio de 2020). "Impacto de la química del ARNm y el proceso de fabricación en la activación inmunitaria innata". Science Advances . 6 (26): eaaz6893. Bibcode :2020SciA....6.6893N. doi :10.1126/sciadv.aaz6893. PMC 7314518 . PMID  32637598. 
  6. ^ Andries O, Mc Cafferty S, De Smedt SC, Weiss R, Sanders NN, Kitada T (noviembre de 2015). "El ARNm con N(1)-metilpseudouridina incorporado supera al ARNm con pseudouridina incorporada al proporcionar una expresión proteica mejorada y una inmunogenicidad reducida en líneas celulares de mamíferos y ratones". Journal of Controlled Release . 217 : 337–344. doi :10.1016/j.jconrel.2015.08.051. hdl : 1854/LU-6993270 . PMID  26342664.
  7. ^ ab Svitkin YV, Cheng YM, Chakraborty T, Presnyak V, John M, Sonenberg N (junio de 2017). "La N1-metil-pseudouridina en el ARNm mejora la traducción a través de mecanismos dependientes e independientes de eIF2α al aumentar la densidad de ribosomas". Nucleic Acids Research . 45 (10): 6023–6036. doi :10.1093/nar/gkx135. PMC 5449617 . PMID  28334758. 
  8. ^ Parr CJ, Wada S, Kotake K, Kameda S, Matsuura S, Sakashita S, et al. (abril de 2020). "La sustitución de N 1-metilpseudouridina mejora el rendimiento de los interruptores de ARNm sintéticos en las células". Investigación de ácidos nucleicos . 48 (6): e35. doi :10.1093/nar/gkaa070. PMC 7102939 . PMID  32090264. 
  9. ^ Earl RA, Townsend LB (junio de 1977). "Una síntesis química del nucleósido 1-metilpseudouridina". Journal of Heterocyclic Chemistry . 14 (4): 699–700. doi :10.1002/jhet.5570140437.
  10. ^ Kierzek E, Malgowska M, Lisowiec J, Turner DH, Gdaniec Z, Kierzek R (marzo de 2014). "La contribución de la pseudouridina a la estabilidad y la estructura de los ARN". Nucleic Acids Research . 42 (5): 3492–3501. doi :10.1093/nar/gkt1330. PMC 3950712 . PMID  24369424. 
  11. ^ Kim, Kyusik Q.; Burgute, Bhagyashri D.; Tzeng, Shin-Cheng; Jing, Crystal; Jungers, Courtney; Zhang, Junya; Yan, Liewei L.; Vierstra, Richard D.; Djuranovic, Sergej; Evans, Bradley S.; Zaher, Hani S. (30 de agosto de 2022). "La N1-metilpseudouridina que se encuentra en las vacunas de ARNm contra la COVID-19 produce productos proteicos fieles". Cell Reports . 40 (9): 111300. doi :10.1016/j.celrep.2022.111300. ISSN  2211-1247. PMC 9376333 . PMID  35988540. 
  12. ^ Mulroney, Thomas E.; Pöyry, Tuija; Yam-Puc, Juan Carlos; Rust, Maria; Harvey, Robert F.; Kalmar, Lajos; Horner, Emily; Booth, Lucy; Ferreira, Alexander P.; Stoneley, Mark; Sawarkar, Ritwick; Mentzer, Alexander J.; Lilley, Kathryn S.; Smales, C. Mark; von der Haar, Tobias (6 de diciembre de 2023). "La N1-metilpseudouridilación del ARNm provoca un desplazamiento del marco de lectura ribosomal +1". Nature . 625 (7993): 189–194. doi : 10.1038/s41586-023-06800-3 . ISSN  1476-4687. PMC 10764286 . PMID  38057663. 
  13. ^ Hogan, Michael J.; Maheshwari, Nikita; Begg, Bridget E.; Nicastri, Annalisa; Hedgepeth, Emma J.; Muramatsu, Hiromi; Pardi, Norbert; Miller, Michael A.; Reilly, Shanelle P.; Brossay, Laurent; Lynch, Kristen W.; Ternette, Nicola; Eisenlohr, Laurence C. (noviembre de 2023). "El epítopo críptico MHC-E de la gripe provoca una potente respuesta de células T citolíticas". Nature Immunology . 24 (11): 1933–1946. doi :10.1038/s41590-023-01644-5. ISSN  1529-2916. PMID  37828378. S2CID  260829874.
  14. ^ Dolan, Brian P.; Li, Lily; Takeda, Kazuyo; Bennink, Jack R.; Yewdell, Jonathan W. (1 de febrero de 2010). "Los productos ribosómicos defectuosos son la principal fuente de péptidos antigénicos generados de forma endógena a partir de la neuraminidasa del virus de la gripe A". Journal of Immunology . 184 (3): 1419–1424. doi :10.4049/jimmunol.0901907. ISSN  0022-1767. PMC 2940057 . PMID  20038640. 
  15. ^ Zhang, Lizhou; More, Kunal R.; Ojha, Amrita; Jackson, Cody B.; Quinlan, Brian D.; Li, Hao; He, Wenhui; Farzan, Michael; Pardi, Norbert; Choe, Hyeryun (11 de octubre de 2023). "Efecto de los componentes de ARNm-LNP de dos vacunas contra la COVID-19 comercializadas a nivel mundial sobre la eficacia y la estabilidad". npj Vaccines . 8 (1): 156. doi :10.1038/s41541-023-00751-6. ISSN  2059-0105. PMC 10567765 . PMID  37821446. 
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  19. ^ Richner JM, Himansu S, Dowd KA, Butler SL, Salazar V, Fox JM, et al. (marzo de 2017). "Las vacunas de ARNm modificadas protegen contra la infección por el virus del Zika". Cell . 168 (6): 1114–1125.e10. doi :10.1016/j.cell.2017.02.017. PMC 5388441 . PMID  28222903. El ARNm se sintetizó... donde el UTP se sustituyó por 1-metilpseudoUTP 
  20. ^ abc Pardi N, Hogan MJ, Naradikian MS, Parkhouse K, Cain DW, Jones L, et al. (junio de 2018). "Las vacunas de ARNm modificadas con nucleósidos inducen respuestas potentes de células B del centro germinal y de las células T foliculares auxiliares". The Journal of Experimental Medicine . 215 (6): 1571–1588. doi :10.1084/jem.20171450. PMC 5987916 . PMID  29739835. En este estudio, caracterizamos la inmunogenicidad de tres vacunas que consisten en ARNm-LNP modificados con m1Ψ y purificados por FPLC que codifican la envoltura del VIH-1 (Env), la prM-E del virus de la influenza (HA) y la hemaglutinina del virus de la influenza (HA). 
  21. ^ Meyer M, Huang E, Yuzhakov O, Ramanathan P, Ciaramella G, Bukreyev A (enero de 2018). "Las vacunas basadas en ARNm modificados provocan respuestas inmunitarias sólidas y protegen a los conejillos de indias de la enfermedad del virus del Ébola". The Journal of Infectious Diseases . 217 (3): 451–455. doi :10.1093/infdis/jix592. PMC 5853918 . PMID  29281112. Se sintetizaron dos vacunas de ARNm... donde el UTP se sustituyó por 1-metilpseudo UTP