Chemo-enzymatische Synthese von basenmodifizierten NTPs für die posttranskriptionale Modifikation der 5′-Kappe und des 3′-Endes der mRNA

• Antragsteller: Dr. Nicolas Vincent Cornelissen
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572249202

Nach den ersten zugelassenen mRNA-basierten Impfstoffen gegen SARS-CoV-2 laufen zahlreiche klinische Studien für mRNA-Therapeutika zur Behandlung von Infektionskrankheiten, Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Molekulare Innovationen sind erforderlich, um die Stabilität von mRNAs zu erhöhen und die Proteinproduktion in Zellen zu steigern. Dies wird die Wirksamkeit therapeutischer mRNAs steigern und in Zukunft Proteinersatztherapien ermöglichen. In diesem Forschungsprojekt entwickeln wir chemo-enzymatische Strategien für die Synthese von basen-modifizierten GTP- und ATP-Analoga (WP1), die als neuartige mRNA-Bausteine verwendet werden können. Die Kombination der Synthese von Nukleosid-5′-monophosphaten mit einer von einer Polyphosphatkinase katalysierten 5′-Phosphorylierung ermöglicht einen einfachen, schnellen und kostengünstigen Zugang zu basenmodifizierten NTP-Analoga. Während in der bisherigen Forschung häufig UTP- oder CTP-Derivate verwendet wurden, um die Immunogenität der mRNA zu verringern, wollen wir zwei unerlässliche Merkmale der eukaryotischen mRNA modifizieren: die mRNA 5′-Kappe und den 3′-Poly(A)-Schwanz. Diese Strategie hat den Vorteil, dass die mRNA posttranskriptional modifiziert werden kann und dass die modifizierten NTPs nicht von der für die In-vitro-Transkription (IVT) verwendeten Polymerase (z. B. T7, SP6) akzeptiert werden müssen. Nach der Transfektion der mRNA in Zellen wird der modifizierte Teil nicht vom Ribosom dekodiert, wodurch eine zweite Einschränkung bei der Verwendung modifizierter Nukleotide umgangen wird. Die GTP-Analoga werden zur posttranskriptionalen Modifikation der mRNA 5′-Kappe eingesetzt (WP2), um die Stabilität gegenüber Decapping-Enzymen (z. B. Dcp2) und die Affinität für den eukaryotischen Translationsinitiationsfaktor (eIF4E) zu erhöhen. Die ATP-Analoga werden zur Erzeugung von mRNAs mit hypermodifizierten Poly(A)-Schwänzen eingesetzt (WP3), um die Stabilität gegenüber dem CCR4-NOT-Komplex zu erhöhen und gleichzeitig die für eine effiziente Translation erforderlichen Wechselwirkungen aufrechtzuerhalten. Sowohl die Modifikation an der 5′-Kappe als auch am 3′-Ende der mRNA zielen darauf ab, die Proteinproduktion der modifizierten mRNAs zu erhöhen, was in Zelllinien getestet wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen