RNA Duta dengan nukleosida yang termodifikasi
RNA Duta dengan nukleosida yang termodifikasi (modRNA) adalah RNA Duta sintetik yang nukleosidanya diganti dengan nukleosida lain yang ada secara alamiah maupun yang dibuat secara sintetik dengan analog nukleosidanya.[1] modRNA digunakan untuk menginduksi produksi protein yang diharapkan pada sel tertentu. Penerapan yang sangat penting dari modRNA adalah vaksin mRNA, dimana vaksin mRNA pertama di dunia merupakan vaksin COVID-19. Contoh dari vaksin yang menggunakan modRNA adalah vaksin yang dihasilkan oleh BioNtech dan Pfizer (BNT162b2).
Latar Belakang
RNA duta atau RNAd diproduksi dengan mensintesis untaian asam ribonukleat (RNA) dengan menyatukan nukleosida-nukleosida yang urutannya merujuk pada templat asam deoksiribosa (DNA) yang ada pada inti sel. Proses pembentukan RNA duta ini disebut dengan transkripsi. Ketika nukleosida yang diurutkan dan dijadikan sebagai RNA duta merupakan nukleosida yang non-tradisional seperti pseudoridin, alih-alih nukleosida yang umum ditemukan pada RNA seperti adenosin, guanosin, sitosin dan urasil. RNAd yang dihasilkan dengan nukleosida yang tidak umum ini disebut dengan RNAd dengan nukleosida yang termodifikasi.[2]
Selanjutnya dari proses transkripsi, proses pembentukan protein dimulai dengan perakitan protein. Perakitan ini dimulai dengan bergabungnya subunit-subunit ribosom pada RNAd yang dihasilkan pada proses transkripsi. RNAd ini kemudian akan berfungsi sebagai panduan untuk proses sintesis protein dengan menentukan urutan asam amino yang dihasilkan. Proses pada Biosintesis protein ini disebut translasi.[3]
Gambaran
Untuk mengiduksi sel agar membuat protein yang biasanya tidak mereka hasilkan, mRNA heterolog dapat dimasukkan ke dalam sitoplasma sel, sehingga pembentukan protein dapat dihasilkan tanpa perlu melewati tahapan transkripsi. Dengan kata lain, cetak biru protein "diselundupkan" ke dalam sel. Namun cara ini hanya dapat dilakukan jika sistem seluler yang mencegah penetrasi dan translasi mRNA asing tidak menghalangi prosesnya. Selain itu, ada pula enzim yang hampir ada di mana-mana yang disebut ribonuklease (juga disebut RNA) yang memecah mRNA yang tidak terproteksi.[4] Ada pula penghalang intraseluler terhadap mRNA asing, seperti reseptor sistem kekebalan bawaan reseptor seperti tol (TLR) 7 dan TLR8, yang terletak di membran endosom. reseptor seperti TLR7 dan TLR8 dapat secara dramatis mengurangi jumlah sintesis protein dalam sel dari RNA modifikasi, memicu pelepasan sitokin seperti interferon dan TNF-alpha, dan ketika cukup intens menyebabkan kematian sel terprogram.[5]
Sifat inflamasi sel tersebut terhadap RNA modifikasi dapat ditutupi dengan memodifikasi susunan nukleosida dalam mRNA.[6] Misalnya, uridin dapat diganti dengan nukleosida serupa seperti pseudouridin (Ψ) atau N1-metil-pseudouridin (m1Ψ),[7] dan sitosin dapat diganti dengan 5-metil sitosin. Beberapa alternatif ini dapat ditemukan secara alami pada eukariota.[8] Dimasukkannya nukleosida yang dimodifikasi ini mengubah struktur sekunder mRNA. Perubahan struktur RNA modifikasi ini mengurangi pengenalan oleh sistem kekebalan bawaan sambil tetap memungkinkan proses translasi yang efektif.[9]
Signifikansi bagian yang tidak diterjemahkan
Sebuah mRNA normal dimulai dan diakhiri dengan bagian yang tidak mengkodekan asam amino dalam sintesis protein. Urutan ini, yang ditemukan pada ujung 5' dan ujung 3' dari untai mRNA, disebut daerah yang tidak diterjemahkan (UTRs, Untranslated Regions). Dua UTR di ujung untai ini penting untuk stabilitas mRNA dan modRNA serta penting untuk efisiensi translasi. Dengan memilih UTR yang sesuai selama sintesis modRNA, produksi protein target dalam sel target dapat dioptimalkan.[10][11]
Proses Pelepasan
Terdapat banyak kesulitan dalam proses memasukkan modRNA ke dalam sel target tertentu. Pertama, modRNA harus dilindungi dari ribonuklease.[10] Ini dapat dilakukan dengan membungkusnya dengan liposom. "Pengemasan" semacam itu juga dapat membantu memastikan bahwa modRNA diserap ke dalam sel target. Metode ini berguna, misalnya, saat digunakan dalam vaksin, karena partikel nano yang dihasilkan nantinya dapat diambil oleh sel dendritik dan makrofag, yang keduanya berperan penting dalam mengaktifkan sistem kekebalan.[12]
modRNA juga dapat dimasukkan ke dalam sel tubuh tertentu. Contoh kasusnya adalah jika misalnya sel-sel otot jantung ingin dirangsang untuk membelah. Dalam kasus ini, modRNA yang dikemas dapat disuntikkan langsung ke dalam arteri seperti arteri koroner.[13]
Aplikasi
Bidang aplikasi penting adalah vaksin mRNA. Vaksin ini pertama kali diizinkan untuk digunakan oleh manusia untuk vaksin COVID-19 untuk mengatasi SARS-CoV-2.[14] Contoh vaksin COVID-19 yang menggunakan modRNA adalah yang dikembangkan oleh kerjasama BioNTech / Pfizer / Fosun International ( BNT162b2 ) dan yang dikembangkan oleh Moderna ( mRNA-1273 ).[15]
Kemungkinan aplikasi modRNA lainnya adalah regenerasi jaringan otot jantung yang rusak[16] dan terapi kanker.[17]
