Nuove scoperte su RNA nudo e risposte immunitarie

Le cellule di solito hanno una barriera protettiva che impedisce l'ingresso di molecole di RNA cariche negativamente. Tuttavia, le cellule possono usare delle piccole bolle speciali chiamate vescicole extracellulari (EV) per impacchettare e inviare RNA ad altre cellule. Questo processo permette alle cellule di condividere informazioni genetiche tra loro. Allo stesso modo, per usare l'RNA come trattamento, come l'mRNA o gli small interfering RNAs (siRNAs), devono anche essere avvolti in particelle speciali chiamate nanoparticelle lipidiche (LNP).

La maggior parte della ricerca si è concentrata su come le cellule prendono l'RNA avvolto in queste particelle. Il processo per assorbire RNA nudo (non protetto) non è molto studiato e si pensa che sia molto inefficace. Alcuni farmaci che contengono oligomeri antisenso (ASO) non usano lipidi speciali o additivi per aiutare l'RNA ad entrare nelle cellule, ma riescono comunque a farlo. Questo metodo di ingresso dell'RNA, chiamato "gymnosi," consente all'RNA di entrare nelle cellule attraverso un processo chiamato Endocitosi. Anche se non è ancora chiaro come funzioni questo processo, potrebbe essere legato a specifiche modifiche chimiche nell'RNA che facilitano l'ingresso nelle cellule.

La ricerca ha dimostrato che i vaccini a base di mRNA nudo possono entrare nelle cellule nei topi quando somministrati attraverso diverse vie. Le cellule dendritiche, un tipo di cellula immunitaria, sembrano essere particolarmente abili nell'assorbire questo RNA nudo. Tuttavia, negli umani, le iniezioni di vaccini a base di mRNA nudo non hanno prodotto gli stessi risultati positivi, indicando un divario di efficacia tra le specie. Questo solleva l'idea che sono necessarie particelle con lipidi speciali affinché l'RNA entri efficacemente nelle cellule, supportata da vari studi clinici.

Rispetto al processo di avvolgimento dell'RNA in particelle per facilitare l'ingresso, l'assorbimento gymnotico è considerato più lento e meno efficace. È stato principalmente studiato con ASO più corti e chimicamente modificati. Ci sono diverse ragioni per cui questo metodo di somministrazione potrebbe avere difficoltà con RNA più lunghi o non modificati. Per cominciare, superare l'endosoma (il percorso di smaltimento dei rifiuti della cellula) è una grande sfida per le terapie a base di RNA. Questo processo è facilitato dalle LNP, che hanno meccanismi che aiutano a far esplodere l'endosoma e rilasciare l'RNA all'interno della cellula. Questi meccanismi potrebbero non funzionare con la gymnosi. Inoltre, alcuni studi suggeriscono che le cellule potrebbero non rispondere all'RNA extracellulare nudo in modo efficace. Per esempio, aggiungere RNA batterico usando lipidi speciali attiva le Cellule Immunitarie, ma se l'RNA viene semplicemente mescolato nel terreno di crescita senza additivi, non c'è risposta immunitaria.

Inoltre, l'RNA nudo si degrada rapidamente nei fluidi corporei, dove gli enzimi che distruggono le molecole di RNA sono abbondanti. Questo, unito all'assorbimento gymnotico inefficace e alla mancanza osservata di attivazione immunitaria dall'RNA batterico nudo, suggerisce che la maggior parte della ricerca si concentri sulla comunicazione dell'RNA nel contesto delle EV.

#Nuove Scoperte sull'RNA Stabile

Recentemente, è stato scoperto che alcuni tipi di RNA possono rimanere stabili al di fuori delle cellule, funzionando come riserve per pezzi più corti di RNA che possono entrare nelle cellule da soli. Aggiungere un inibitore a largo spettro per le Ribonucleasi (enzimi che degradano l'RNA) al mezzo in cui vengono coltivate le cellule tumorali umane ha stabilizzato un gruppo precedentemente sconosciuto di ribosomi al di fuori delle cellule, il che può aiutare ad attivare le cellule dendritiche.

Questi risultati indicano che l'RNA extracellulare nudo o non vescicolato può interagire con le cellule riceventi e attivare risposte biologiche. Tuttavia, affinché i ricercatori possano vedere come avvengono queste interazioni, devono controllare rigorosamente l'attività delle ribonucleasi nei loro esperimenti, il che è difficile negli ambienti di coltura cellulare standard in cui il siero è di solito presente.

Utilizzando inibitori di ribonucleasi, i ricercatori hanno scoperto che vari RNA possono entrare nelle cellule di topo e umane senza alcun additivo. Questi RNA internalizzati possono attivare recettori specifici all'interno delle cellule. Alcuni pezzi di RNA possono anche sfuggire all'endosoma e influenzare l'espressione genica all'interno delle cellule riceventi. È interessante notare che quando un inibitore di ribonucleasi viene somministrato attraverso il flusso sanguigno, potenzia le risposte immunitarie innescate dall'RNA extracellulare nudo negli organismi viventi. Inoltre, aree con minore attività di ribonucleasi, come la cavità peritoneale, sembrano essere più efficienti nel riconoscere l'RNA extracellulare nudo.

#RNA Batterico Nudo e Attivazione Immunitaria

Studi precedenti hanno indicato che l'RNA batterico nudo non attivava le cellule immunitarie quando veniva semplicemente mescolato nei mezzi di coltura, suggerendo che l'assorbimento spontaneo di RNA nudo è basso. Potrebbe essere che le cellule resistano all'assorbimento di acidi nucleici caricati negativamente o che la degradazione dell'RNA limiti l'assorbimento. Lavorando con culture cellulari speciali, i ricercatori hanno testato l'impatto dell'RNA batterico nudo sull'attivazione delle cellule immunitarie. Con la presenza di un inibitore di ribonucleasi, hanno osservato una forte produzione di segnali pro-infiammatori dalle cellule.

Ulteriori test hanno confermato queste osservazioni mostrando che la presenza di inibitori di ribonucleasi portava a un' espressione aumentata di geni specifici correlati all'immunità. Quando l'RNA batterico nudo è stato trattato con enzimi che degradano l'RNA, gli effetti sono stati completamente annullati. Questo indica che l'RNA batterico nudo può stimolare specificamente le cellule immunitarie, ma questo può essere visto solo quando le ribonucleasi sono inibite.

Per comprendere meglio come l'RNA nudo induca risposte immunitarie, i ricercatori hanno usato un farmaco che blocca diversi tipi di assorbimento cellulare prima di introdurre l'RNA nudo. Hanno scoperto che quando questo processo di assorbimento è stato bloccato, la risposta immunitaria è stata notevolmente ridotta. Questo suggerisce che il modo in cui gli inibitori di ribonucleasi aiutano l'assorbimento dell'RNA è principalmente stabilizzando l'RNA nell'ambiente circostante.

#Visualizzazione dell'Assorbimento dell'RNA Nudo

Per visualizzare l'internalizzazione dell'RNA nudo, i ricercatori hanno usato RNA marcato fluorescentemente ed esaminato le cellule al microscopio. Hanno scoperto che una notevole quantità di RNA si localizzava in compartimenti cellulari specifici, suggerendo che le cellule assorbono effettivamente RNA nudo.

Per indagare ulteriormente il riconoscimento dei segnali RNA esterni, i ricercatori hanno esaminato come pezzi specifici di RNA batterico attivano risposte immunitarie. È stato stabilito che determinate sezioni dell'RNA batterico innescano forti risposte immunitarie grazie al loro riconoscimento da parte di recettori specializzati nella cellula. Quando sono stati usati solo piccoli frammenti dell'RNA batterico, l'attivazione immunitaria è andata persa, confermando l'importanza di segmenti di RNA più lunghi nell'attivazione immunitaria.

#Fuga Endosomale degli RNA Nudi

Lo studio ha anche esaminato se gli RNA nudi potessero raggiungere il citosol, dove si svolge una maggiore attività cellulare. Utilizzando un pezzo di RNA sintetico noto per attivare determinate risposte immunitarie, i ricercatori hanno osservato che l'RNA nudo poteva effettivamente essere internalizzato e visto nelle cellule immunitarie. Tuttavia, esaminando altri tipi di cellule immunitarie che esprimono recettori diversi, hanno scoperto che l'RNA nudo poteva stimolare l'attività immunitaria in esse, in particolare in risposta a un RNA sintetico speciale noto per attivare le difese del corpo contro le infezioni virali.

Questo indica che l'RNA nudo può entrare nel citosol e attivare percorsi immunitari specifici quando si usano inibitori di ribonucleasi.

#Assorbimento di mRNA Nudo e Produzione di Proteine

I ricercatori hanno valutato se l'mRNA nudo potesse essere preso da diversi tipi di cellule e utilizzato per produrre proteine. Hanno trovato che, con l'aiuto di inibitori di ribonucleasi, i livelli di mRNA nudo intatto aumentavano significativamente nelle cellule. Dopo un po' di tempo, queste cellule hanno iniziato a produrre una proteina specifica quando l'mRNA nudo era presente.

I risultati dello studio hanno mostrato che anche in diversi tipi di cellule umane, l'mRNA nudo portava a una produzione di proteine rilevabile quando abbinato a inibitori di ribonucleasi. È stato anche constatato che gli inibitori di endocitosi riducevano la traduzione dell'mRNA in proteine, indicando che le cellule stavano utilizzando una via d'ingresso per assorbire l'mRNA nudo.

#Impatto dell'Attività delle Ribonucleasi sull'Infiammazione

I ricercatori hanno poi voluto confermare come l'RNA nudo impatti sull'infiammazione in situazioni reali. Hanno iniettato RNA batterico nudo nella cavità peritoneale di topi vivi. Hanno notato una risposta immunitaria che ha portato a cambiamenti in varie popolazioni di cellule immunitarie nella zona. È interessante notare che, quando sono stati aggiunti inibitori di ribonucleasi, hanno osservato che l'RNA nudo causava comunque una risposta immunitaria, suggerendo che aree con minore attività di ribonucleasi potrebbero facilitare un riconoscimento più diretto dell'RNA nudo da parte delle cellule immunitarie.

Inoltre, lo studio ha anche esaminato come l'RNA nudo potesse attivare risposte immunitarie nel sangue. Quando l'RNA nudo veniva iniettato nel flusso sanguigno insieme a inibitori di ribonucleasi, i ricercatori hanno notato un'attivazione aumentata delle cellule immunitarie nella milza rispetto alle iniezioni senza inibitori. Questo ha messo in evidenza il ruolo delle ribonucleasi nel controllare la risposta immunitaria all'RNA nudo.

#La Bioattività dell'RNA Nudo

In generale, i risultati suggeriscono che l'RNA extracellulare nudo può essere bioattivo e riconosciuto dalle cellule quando l'attività delle ribonucleasi è controllata. Anche se tradizionalmente si pensava avesse bisogno di protezione per funzionare, l'RNA nudo può entrare nelle cellule, attivare importanti vie immunitarie e persino interagire con la macchina cellulare per produrre proteine.

Questo studio sfida le precedenti assunzioni sulle capacità dell'RNA nudo e dimostra che può svolgere un ruolo importante nel modo in cui le cellule comunicano e rispondono al loro ambiente. La presenza delle ribonucleasi sembra cruciale nel regolare l'efficacia dell'RNA nudo, ponendole come attori chiave nel prevenire risposte immunitarie indesiderate.

#Conclusione

In conclusione, questa ricerca apre a una nuova comprensione di come l'RNA nudo possa essere utilizzato terapeuticamente e come giochi un ruolo nella comunicazione cellulare. Suggerisce che con una gestione attenta dell'attività delle ribonucleasi, l'RNA nudo possa essere utilizzato efficacemente per trattamenti, portando potenzialmente a nuovi modi di impiegare l'RNA in medicina che potrebbero non richiedere i tradizionali meccanismi di protezione. Questo potrebbe portare a progressi nei sistemi di somministrazione dei farmaci e a una comprensione più profonda delle risposte immunitarie all'RNA in vari contesti, comprese le infezioni e altre malattie.