เอ็มอาร์เอ็นเอที่ดัดแปลงนิวคลีโอไซด์

เอ็มอาร์เอ็นเอที่ดัดแปลงนิวคลีโอไซด์ ( ตัวย่อ modRNA อ่านว่า ม็อดอาร์เอ็นเอ) เป็นเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ที่นิวคลีโอไซด์บางตัวจะแทนที่ด้วยนิวคลีโอไซด์ที่เกิดตามธรรมชาติ หรือด้วยนิวคลีโอไซด์แอนะล็อกที่สังเคราะห์ขึ้น (synthetic nucleoside analogue) อื่นๆ
ม็อดอาร์เอ็นเอสามารถใช้ชักนำให้ให้เซลล์บางอย่างผลิตโปรตีนตามที่
การประยุกต์ใช้สำคัญก็คือการสร้างวัคซีนเอ็มอาร์เอ็นเอ และที่อนุมัติใช้เป็นอย่างแรกก็คือวัคซีนโควิด-19 (เช่น วัคซีนของไฟเซอร์-ไบออนเทคและของโมเดอร์นา)

 พื้นเพ 
ไรโบโซม  สร้างโปรตีน 
ที่  เข้ารหัส
ซึ่งสามารถดัดแปลงเพื่อลดการอักเสบอันเป็นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดในเซลล์
เอ็มอาร์เอ็นเอผลิตโดยสังเคราะห์สายกรดไรโบนิวคลีอิกจากชิ้นส่วนที่ทำจากนิวคลีโอไทด์โดยใช้แม่แบบดีเอ็นเอ เป็นกระบวนการที่เรียกว่า การถอดรหัส (transcription)
ถ้าชิ้นส่วนที่ส่งให้กับเอนไซม์สังเคราะห์อาร์เอ็นเอ คือ RNA polymerase รวมนิวคลีโอไซด์แบบไม่มาตรฐาน (non-standard) เช่น pseudouridine (ชิ้นส่วนมาตรฐานรวม adenosine, cytidine, guanosine และ uridine) เอ็มอาร์เอ็นเอที่เป็นผลิตภัณฑ์ก็จะจัดได้ว่าแปลงนิวคลีโอไซด์ (nucleoside-modified)

การผลิตโปรตีนเริ่มด้วยการรวมไรโบโซมไปที่เอ็มอาร์เอ็นเอ โดยอาร์เอ็นเอทำหน้าที่เป็นแบบสังเคราะห์โปรตีน คือระบุลำดับกรดอะมิโนตามรหัสพันธุกรรม เป็นกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนที่เรียกว่า การแปลรหัส (translation)

 สาระสำคัญ 
เพื่อชักนำให้เซลล์สร้างโปรตีนนอกเหนือจากปกติ สามารถใส่เอ็มอาร์เอ็นเอแปลกปลอม (heterologous) เข้าไปในไซโทพลาซึมของเซลล์ จึงไม่ต้องถอดรหัสจากดีเอ็นเอเลย
เท่ากับเป็นการ "ลอบนำ" เอาแผนการผลิตโปรตีนแปลกปลอมเข้าไปในเซลล์
แต่จะทำอย่างนี้ได้ก็ต้องเลี่ยงระบบของเซลล์ที่ป้องกันการเข้าไปและการแปลรหัสของเอ็มอาร์เอ็นเอแปลกปลอม 
เช่น มีเอนไซม์ซึ่งพบเกือบทั่วไปที่เรียกว่า ribonuclease (หรือ RNAse) และทำหน้าที่สลายอาร์เอ็นเอซึ่งไม่ได้ป้องกัน
อนึ่ง ยังมีอุปสรรคในเซลล์ด้วย เช่น หน่วยรับของระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด คือ TLR7 (toll-like receptor 7) และ TLR8 ซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มเอนโดโซม
หน่วยรับเช่นนี้สามารถลดการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ได้อย่างสำคัญ โดยจุดชนวนให้ปล่อยไซโตไคน์ เช่น อินเตอร์เฟียรอน และ TNF-alpha และถ้าเกิดมากพอ ก็จะโปรแกรมให้เซลล์ตาย 

คุณสมบัติก่อการอักเสบ/การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของอาร์เอ็นเอแปลกปลอม สามารถอำพรางโดยแปลงนิวคลีโอไซด์ในเอ็มอาร์เอ็นเอ
เช่น uridine สามารถแทนด้วยนิวคลีโอไซด์คล้าย ๆ กัน เช่น pseudouridine (Ψ) หรือ N1-methyl-pseudouridine (m1Ψ) และ cytosine ก็สามารถแทนด้วย 5-methylcytosine
นิวคลีโอไซด์คล้ายกันบางอย่าง เช่น pseudouridine และ 5-methylcytosine ก็เกิดโดยธรรมชาติในเซลล์ยูแคริโอตด้วย
การมีนิวคลีโอไซด์ดัดแปลงเหล่านี้เปลี่ยนโครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) ของเอ็มอาร์เอ็นเอ ซึ่งลดการรู้จำของระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดในขณะที่ก็ยังให้แปลรหัสเป็นโปรตีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 ความสำคัญของบริเวณที่ไม่ได้แปลรหัส 
รูปเปรียบเทียบการนำอย่างสำเร็จเข้าไปในเซลล์ กับการนำที่ไม่สำเร็จ
ความหมายอย่างคร่าวๆ - (เมื่อส่งยีนได้อย่างสำเร็จ) No activation of TLR7/8= ไม่กระตุ้นให้หน่วยรับแปลกปลอมคือ TLR7 และ TLR8 ทำงาน, Endosomal escape= อาร์เอ็นเอหลุดออกจากเอนโดโซม, Low RNase activity= ไม่กระตุ้นเอนไซม์สลายคือ RNase ให้ทำการ, Translation= อาร์เอ็นเอได้การแปลรหัส, Protein= เกิดโปรตีนที่ต้องการ, (เมื่อส่งยีนได้ไม่สำเร็จ) Activation of TLR7/8= กระตุ้นให้หน่วยรับอาร์เอ็นเอแปลกปลอมคือ TLR7 และ TLR8 ทำงาน, High RNase activity= กระตุ้นเอนไซม์สลายอาร์เอ็นเอคือ RNase ให้ทำการ, No Translation= อาร์เอ็นเอไม่ได้การแปลรหัส, No Protein= ไม่เกิดโปรตีนที่
เอ็มอาร์เอ็นเอปกติจะเริ่มแล้วยุติด้วยส่วนที่ไม่ได้เข้ารหัสกรดอะมิโน
ลำดับเช่นนี้ที่ปลายข้าง 5′ และ 3′ ของสายเอ็มอาร์เอ็นเอเรียกว่า untranslated regions (UTRs) แปลว่า บริเวณที่ไม่ได้แปลรหัส
โดยทั้งสองสำคัญต่อเสถียรภาพของเอ็มอาร์เอ็นเอ ของม็อดอาร์เอ็มเอ และต่อประสิทธิภาพของการแปลรหัสคือจำนวนโปรตีนที่ผลิตด้วย
ดังนั้น ถ้าเลือก UTRs ที่ดีเมื่อสังเคราะห์ม็อดอาร์เอ็นเอ ก็อาจผลิตโปรตีนที่ต้องการในเซลล์เป้าหมายได้มากสุด

 การส่ง 
การส่งม็อดอาร์เอ็นเอเข้าไปในเซลล์เป้าหมายมีปัญหาหลายอย่าง
หนึ่ง จะต้องป้องกันม็อดอาร์เอ็นเอจากเอนไซม์ ribonuclease ที่ย่อยสลาย
ซึ่งสามารถทำได้โดยหุ้มมันด้วยลิโปโซมเป็นต้น
การทำเป็น "ห่อ" เช่นนี้สามารถช่วยให้ม็อดอาร์เอ็นเอเข้าไปในเซลล์เป้าหมายได้
นี่เป็นประโยชน์ในการสร้างวัคซีน เพราะทั้งเซลล์ dendritic cell และ macrophage
จะกลืนอนุภาคนาโนที่ประกอบด้วยลิโปโซมแลอาร์เอ็นเอเข้าไปในตัว และทั้งสองก็มีบทบาทสำคัญในการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน

อนึ่ง ยังอาจต้องการส่งม็อดอาร์เอ็นเอไปที่เซลล์ร่างกายโดยเฉพาะๆ 
เช่น ถ้าต้องการกระตุ้นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจให้แบ่งตัว
ก็สามารถฉีดม็อดอาร์เอ็นเอที่หุ้มไว้เข้าไปในหลอดเลือดหัวใจโดยตรง

 การประยุกต์ใช้ 
การประยุกต์ใช้ที่สำคัญก็คือวัคซีนเอ็มอาร์เอ็นเอ และที่อนุมัติใช้เป็นอย่างแรกก็คือวัคซีนโควิด-19 เพื่อป้องกันไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ (SARS-CoV-2)
ตัวอย่างวัคซีนโควิด-19 รวมทั้ง
โทซินาเมแรนของบริษัทไบออนเทค/ไฟเซอร์/Fosun International, CVnCoV ของบริษัท CureVac
และ mRNA-1273 ของบริษัทโมเดิร์นา
โดยวัคซีนของไบออนเทคและโมเดิร์นาใช้ม็อดอาร์เอ็นเอ
ส่วนของ Curevac ใช้อาร์เอ็นเอที่ไม่ได้แปลง
การประยุกต์ใช้ม็อดอาร์เอ็นเออย่างอื่นรวมการเจริญทดแทน (regeneration) เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อหัวใจ
และมะเร็งบำบัด

 เชิงอรรถ 

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

หมวดหมู่:อาร์เอ็นเอ
หมวดหมู่:อณูพันธุศาสตร์
หมวดหมู่:เทคโนโลยีชีวภาพ
หมวดหมู่:อุตสาหกรรม
หมวดหมู่:วิทยาศาสตร์สุขภาพ
หมวดหมู่:วิทยาศาสตร์เภสัชกรรม