Новый каркас siRNA повышает стабильность и долговечность терапевтических олигонуклеотидов

Биохимический прорыв, использующий простые атомы углерода, значительно улучшил стабильность и эффективность потенциальной терапевтической платформы на основе олигонуклеотидов в исследованиях на мышах. Это открытие, опубликованное в Nature Biotechnology, может улучшить долговечность олигонуклеотидных препаратов, включая малые интерферирующие РНК (siRNA), и впервые сделать эти терапии применимыми для типов клеток за пределами печени.

"Инновация нашего исследования — это модификация химического состава архитектуры олигонуклеотидной платформы", — сказала профессор Анастасия Хворова.

"Используя относительно простое изменение — удлинение остова РНК одиночными атомами углерода — мы смогли значительно увеличить время, которое олигонуклеотиды сохраняются в клетках, эффективно скрывая их от нуклеаз, которые обычно их расщепляют. Такой тип модификации критически важен для успеха олигонуклеотидных препаратов как класса".

Олигонуклеотидные препараты, включая siRNA, представляют собой новый класс лекарств, позволяющих модулировать болезнетворные гены для терапевтического эффекта.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило шесть siRNA для клинического применения — все для печени — и ещё несколько находятся на поздних стадиях клинических испытаний. Первый из них, патисиран (продаётся под брендом Onpattro), был одобрен в 2018 году для лечения наследственного транстиретинового амилоидоза — редкого и смертельного заболевания печени.

Однако в естественном состоянии олигонуклеотиды очень нестабильны. Ферменты, ответственные за их расщепление (нуклеазы), действуют очень быстро внутри живых клеток, что даёт препаратам ограниченное время для достижения терапевтического эффекта.

В результате перед учёными стояла задача разработать химические каркасы, способные стабилизировать, поддерживать и продлить долговечность олигонуклеотидных препаратов, необходимую для терапевтического успеха в живой ткани, особенно в клетках, отличных от клеток печени.

Большинство модификаций олигонуклеотидов сосредоточены на изменении фосфоротиоатов или молекул сахара в химическом остове. Однако доктора Кен Ямада и Хворова выбрали другой подход, сфокусировавшись на молекулах углерода в химической структуре остова.

"В природе было показано, что единичное или немногочисленное метилирование нуклеотидных оснований и аминокислот слегка изменяет структуру ДНК, РНК и белков, что глубоко влияет на экспрессию генов в клетке — небольшое структурное изменение оказывает большое влияние", — сказал Ямада.

"Этот процесс вдохновил нас применить аналогичный подход к остову олигонуклеотидной платформы — небольшое структурное изменение, оказывающее большое влияние на долговечность siRNA за счёт повышенной стабильности и усиленной эффективности".

Протестировав несколько вариантов, Ямада и Хворова обнаружили, что дополнительный атом углерода, вставленный в правильное место вдоль нуклеозида, эффективно скрывал молекулы олигонуклеотидов от деградации ферментом нуклеазой. Это привело к созданию более стабильного и эффективного олигонуклеотида, названного расширенной нуклеиновой кислотой (exNA), который сохранялся в 32 раза дольше, чем его аналоги, модифицированные фосфоротиоатом.

"Всё дело в том, где и как вы добавляете углерод", — сказал Ямада. "Даже небольшое структурное изменение может оказать огромное влияние на эффективность, если сделать это в правильном месте и правильным образом".

"Если бы мы могли добиться даже 10-кратного увеличения времени сохранения, мы могли бы снизить дозировку или частоту клинического лечения с одного раза в две недели до одного раза в пять месяцев. Получить 32-кратное увеличение на моделях мышей — невероятно обнадеживает", — добавил он.

"Мышцы, почки, центральная нервная система, поджелудочная железа, глаза — целый ряд тканей и заболеваний, которые были за пределами наших возможностей, теперь стали потенциально достижимыми мишенями для олигонуклеотидных терапий", — сказала Хворова.

Следующим шагом для исследователей станет начало испытаний безопасности и долговечности их олигонуклеотидного остова в клинических исследованиях.