W Laboratorium Biologii RNA – ERA Chairs Group badamy, w jaki sposób metabolizm końców 3′ RNA kształtuje ekspresję genów w komórkach i tkankach. Koncentrujemy się na ogonach poli(A), stabilności mRNA i cytoplazmatycznej poliadenylacji, a także na wykorzystaniu tych mechanizmów do projektowania terapeutycznych mRNA. Łączymy genetykę, modele zwierzęce, biologię strukturalną, bezpośrednie sekwencjonowanie RNA w technologii Oxford Nanopore, zaawansowaną analizę obliczeniową oraz metody uczenia maszynowego. 

Odkryliśmy wcześniej nierozpoznane, zależne od typu komórki mechanizmy zwiększające stabilność zarówno endogennych, jak i terapeutycznych mRNA, w tym cząsteczek stosowanych w szczepionkach. Naszym celem jest wyjaśnienie ich podstaw molekularnych oraz przełożenie tej wiedzy na zasady projektowania skuteczniejszych i precyzyjniej ukierunkowanych terapii mRNA. 

Stabilność mRNA jest jednym z głównych czynników decydujących o ilości białka wytwarzanego z danej cząsteczki RNA. Istotną rolę odgrywa dynamika ogona poli(A), który jest dołączany w jądrze, a następnie wielokrotnie przebudowywany w cytoplazmie. Ogony poli(A) są jednak trudne do badania, ponieważ mają charakter homopolimerowy, a ich długość i skład mogą zmieniać się w czasie życia pojedynczej cząsteczki mRNA. 

Rozwinęliśmy platformę bezpośredniego sekwencjonowania RNA z wykorzystaniem technologii Oxford Nanopore, która umożliwia analizę pełnych, natywnych cząsteczek RNA bez etapu amplifikacji. Dzięki temu mierzymy długość i skład ogonów poli(A) na poziomie pojedynczych cząsteczek oraz badamy ich dynamikę in vivo w różnych typach komórek, tkankach i modelach fizjologicznych. Opracowaliśmy również Ninetails, narzędzie wykorzystujące konwolucyjną sieć neuronową do identyfikacji nukleotydów innych niż adenozyna w ogonach poli(A) na podstawie surowego sygnału z bezpośredniego sekwencjonowania RNA. 

Jednym z głównych kierunków naszych badań są cytoplazmatyczne polimerazy poli(A) z rodziny TENT5. Wykazaliśmy, że te specyficzne dla zwierząt wielokomórkowych enzymy stabilizują wybrane mRNA, zwłaszcza transkrypty kodujące białka wydzielnicze i kierowane do retikulum endoplazmatycznego. Białka TENT5 pełnią ważne funkcje w gametogenezie, tworzeniu kości, odpowiedzi immunologicznej i regulacji programów wydzielniczych różnych tkanek. 

Jednym z naszych kluczowych osiągnięć było odkrycie, że TENT5A re-adenyluje mRNA szczepionek przeciw COVID-19 w komórkach odpornościowych. Proces ten wydłuża ogony poli(A), stabilizuje terapeutyczne mRNA, zwiększa produkcję antygenu i wzmacnia skuteczność szczepionki. Wyniki te ujawniły zależny od gospodarza mechanizm działania leków mRNA i wskazały nową drogę projektowania terapii dopasowanych do typu komórki oraz miejsca docelowego kodowanego białka.

W ramach projektu „ViveRNA”, finansowanego z ERC Advanced Grant, badamy stabilność endogennych i terapeutycznych mRNA in vivo. Łączymy precyzyjnie zaprojektowane modele mysie, pierwotne komórki, bezpośrednie sekwencjonowanie RNA, biologię syntetyczną oraz ilościowe modelowanie procesów posttranskrypcyjnych. 

Jednym z celów jest zdefiniowanie tkankowo swoistych „kodów stabilności RNA”. Wykorzystując modele knock-in umożliwiające kontrolowaną inaktywację kluczowych enzymów degradacji RNA, mierzymy stabilność mRNA i kinetykę skracania ogonów poli(A) w różnych narządach oraz identyfikujemy mechanizmy, które tworzą odmienne środowiska posttranskrypcyjne w poszczególnych tkankach. 

Rozwijamy również nowy kierunek badań nad rolą TENT5A w osi podwzgórze–przysadka, analizując, w jaki sposób cytoplazmatyczna poliadenylacja transkryptów kodujących neurohormony i neuropeptydy wpływa na homeostazę hormonalną i fizjologię całego organizmu. 

W obszarze terapeutycznych mRNA będziemy systematycznie analizować wpływ sekwencji kodującej, architektury UTR, chemii czapeczki 5′, sygnałów lokalizacyjnych i budowy ogona poli(A) na stabilność RNA i produkcję białka. Modele uczenia maszynowego, trenowane na naszych własnych danych, posłużą do wyprowadzania reguł projektowych właściwych dla określonych typów komórek i klas białek, a najlepsze konstrukty będą walidowane w pierwotnych komórkach i modelach in vivo. 

Kierownik laboratorium koordynuje konsorcjum HERO (Horizon for Excellence in Messenger RNA Applications in Immuno-Oncology) w ramach Wirtualnego Instytutu Badawczego. Wspólnie z partnerami rozwijamy chemiczne strategie udoskonalania terapii mRNA i badamy ich zastosowanie w immunoterapii nowotworów. 

Współpracujemy z prof. Marcinem Nowotnym i prof. Martą Miączyńską z IIMCB, prof. Jackiem Jemielitym i dr Joanną Kowalską z Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Dominiką Nowis i prof. Jakubem Gołąbem z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. 

Prowadzimy również współprace dotyczące stabilności mRNA, m.in. z prof. Magdaleną Dziembowską z Uniwersytetu Warszawskiego, prof. Bertrandem Séraphinem z IGBMC we Francji, dr Agnieszką Tudek z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN, prof. Torbenem Jensenem z Uniwersytetu w Aarhus oraz prof. Grzegorzem Kudłą z Human Genetics Unit Uniwersytetu Edynburskiego.