Self-amplifying mRNAs

Selbstverstärkende mRNA (smRNA, von englisch "self-amplifying mRNA") ist eine spezielle Form von mRNA, die in der biomedizinischen Forschung und Entwicklung, insbesondere bei Impfstoffen und Gentherapien, verwendet wird. Diese Art von mRNA hat die Fähigkeit, sich selbst zu vervielfältigen, nachdem sie in eine Zelle eingeführt wurde.

Wirkung: Während mRNA-Impfstoffe ein definiertes Protein kodieren, wurden Self-amplifying mRNAs (Replikons) als molekulares Chassis entwickelt, das das Gen von Interesse (GOI; transgenes Gen) und alle wesentlichen Elemente kodiert und damit eine Selbstverstärkung der Replikon-RNA ermöglichen. Die schnelle Amplifikation der Replikon-RNA in den Zielzellen erhöht die Expression des interessierenden Proteins (z. B. eines viralen (Glyko-)Proteins) und induziert z.B. bei Impfstoffen eine schützende Immunantwort bei einer deutlich geringeren anfänglichen RNA-Dosis als bei herkömmlichen mRNA-Impfstoffen (Vogel AB et al. 2018; de Alwis R et al. 2021). Die selbstverstärkenden Replikongene wurden von einer Vielzahl von RNA-Viren mit positiver Strängung abgeleitet. In diesem Bericht konzentrieren wir uns auf Replikons auf Alpha- und Flavivirus-Basis, da sie sowohl für den Einsatz beim Menschen als auch bei Tieren am besten untersucht sind. Da die viralen Strukturgene durch ein Transgen ersetzt wurden, kann sich die Replikon-RNA nicht in der Umwelt verbreiten, was einen entscheidenden Unterschied zu chimären oder rekombinanten Virusimpfstoffen darstellt (Suzuki R et al. 2014; Kamrud KI et al. 2010).

mRNA: Die Struktur der in vitro transkribierten mRNA ähnelt stark der zellulären mRNA und besteht im Allgemeinen aus einem 5'-terminalen 7-Methylguanosin-Cap-Analogon, einer 5'- und 3'-untranslatierten Region (UTR), dem „Gene of interest“/GOI) und einem Polyadenosin-Schwanz. Um die mRNA für Impfzwecke zu optimieren, wurden Modifikationen vorgenommen, um die Vektorstabilität, die Translationswirksamkeit oder die Immunogenität zu erhöhen. Da diese Nukleinsäureimpfstoffe ausschließlich das GOI kodieren, können sie sich nicht in benachbarten Zellen replizieren oder auf diese ausbreiten.

Replicon-RNA: Die Struktur der Replicon-RNA ähnelt in vitro transkribierter mRNA. Diese spezielle mRNA-Form kodiert jedoch zusätzlich virale Replicase-Gene (viral replicase genes). Diese Gene ermöglichen die schnelle Amplifikation der mRNA und erhöhen dadurch die Produktion des GOI (Gene of interest)im Vergleich zu nicht amplifizierenden mRNAs. Die selbstverstärkenden viralen Gene stammen von Viren, beispielsweise von Alphaviren und Flaviviren. Replikone auf Alphavirus-Basis enthalten einen separaten offenen Leserahmen (ORF) stromaufwärts des GOI, der alle Replikaseproteine kodiert. Im Gegensatz dazu sind diese Replikaseproteine in Replikonen auf Flavivirus-Basis in einem einzigen ORF stromabwärts des GOI kodiert. Da die Replikon-RNA nicht alle Strukturproteine von Alphaviren oder Flaviviren kodiert, ist die Replikon-RNA „propagation defective“. Daher werden Replikon-RNA-Impfstoffe, ähnlich wie die nicht-amplifizierenden mRNA-Impfstoffe, als synthetische Nukleinsäureimpfstoffe ausgewählt.

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