Антисмысловые олигонуклеотиды научились пересекать гематоэнцефалический барьер

Генетика 23 августа 2021 г., 2:24
Антисмысловые олигонуклеотиды научились пересекать гематоэнцефалический барьер

Доставить что-либо терапевтическое для мозга долгое время было проблемой, в основном из-за гематоэнцефалического барьера, слоя клеток, который отделяет сосуды, снабжающие мозг кровью, от самого мозга. Теперь, в исследовании, опубликованном 12 августа в Nature Biotechnology, исследователи обнаружили, что двухцепочечные дуплексы РНК-ДНК с присоединенным холестерином могут проникать в мозг как мышей, так и крыс и изменять уровни целевых белков. Результаты предполагают возможный путь к разработке лекарств, которые могут быть нацелены на гены, участвующие в таких заболеваниях, как мышечная дистрофия и боковой амиотрофический склероз (БАС).

Олигонуклеотиды - это короткие молекулы ДНК или РНК, олигомеры, небольшие кусочки нуклеиновых кислот, обычно производимые в лаборатории путем твердофазного химического синтеза, могут быть изготовлены как одноцепочечные молекулы с любой заданной пользователем последовательностью, поэтому они жизненно важны для искусственного синтеза генов, полимеразной цепной реакции (ПЦР), cеквенирования ДНК и молекулярного клонирования. В природе олигонуклеотиды обычно находятся в виде небольших молекул РНК, которые функционируют в регуляции экспрессии генов (например, микроРНК), или представляют собой промежуточные продукты разложения, полученные в результате разрушения более крупных молекул нуклеиновых кислот. Они легко связываются специфическим для последовательности образом со своими соответствующими комплементарными олигонуклеотидами, ДНК или РНК с образованием дуплексов или, реже, гибридов более высокого порядка. Это свойство служит основой для использования олигонуклеотидов в качестве зондов для обнаружения конкретных последовательностей ДНК или РНК. Примеры процедур, в которых используются олигонуклеотиды, включают микроматрицы ДНК, саузерн-блоттинг, анализ ASO, флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH), ПЦР и синтез искусственных генов. Олигонуклеотиды состоят из 2' -дезоксирибонуклеотидов (олигодезоксирибонуклеотидов), которые можно модифицировать в основной цепи или в положении 2’ сахара для достижения различных фармакологических эффектов. Эти модификации придают олигонуклеотидам новые свойства и делают их ключевым элементом антисмысловой терапии.

В 2015 году Таканори Йокота из Токийского медицинского и стоматологического университета и его коллеги опубликовали исследование, показывающее, что так называемый гетеродуплексный олигонуклеотид (HDO), состоящий из короткой цепи ДНК и олигонуклеотида с модифицированными основаниями в паре с комплементарной РНК, связанной с липидом на одном конце был успешным в снижении экспрессии мРНК-мишени в печени. Позже команда Йокоты объединила усилия с исследователями из Ionis Pharmaceuticals, чтобы определить, могут ли HDO преодолевать гематоэнцефалический барьер и воздействовать на мРНК в центральной нервной системе.

В новом исследовании научная группа показала, что HDO, предназначенный для нацеливания на ассоциированную с опухолью длинную некодирующую РНК (Malat1), достиг более высокого уровня нокдауна в головном и спинном мозге, когда был помечен холестерином и введен внутривенно, чем когда HDO был помечен липидным токоферолом и был введен подкожно. По результатам исследования как у крыс, так и у мышей эффекты нокдауна были связаны с дозой HDO, и четыре дозы с интервалом в неделю оказались наиболее эффективными. Внутривенно введенный одноцепочечный олигонуклеотид, связанный с холестерином, не сбивал мишень Malat1.

«Дуплексные(двуцепочечные) олигонуклеотиды на самом деле кажутся намного лучше, чем одноцепочечные олигомеры», - говорит соавтор Фрэнк Риго, вице-президент по функциональной геномике и поиску лекарств в Ionis Pharmaceuticals. «Данные, по-видимому, предполагают, что одноцепочечные олигонуклеотиды могут попасть в ловушку, и фактически не может пересекать сосудистую сеть так же эффективно, как двойная цепь», - объясняет он.

После своих первоначальных результатов с Malat1 исследователи сгенерировали HDO для трех клинически значимых генов: DMPK, который при мутировании связан с типом мышечной дистрофии; глиальный фибриллярный кислый белок (Gfap), который может вызвать болезнь Александера; и человеческая супероксиддисмутаза 1(SOD1), которая при мутации и конструировании на мышах моделирует боковой амиотрофический склероз. Они обнаружили нокдауны примерно от 20 до 60 процентов мРНК DMPK, в зависимости от того, какую ткань центральной нервной системы они анализировали. Уровни белка DMPK снизились примерно наполовину как в мозге, так и в мышцах мышей, получавших HDO внутривенно. Мишени двух других HDO продемонстрировали более скромные нокдауны.

"Данные исследования кажутся убедительными", - пишет в электронном письме The Scientist Руди Джулиано, почетный профессор медицинского факультета Университета Северной Каролины, который не участвовал в исследовании. Он добавляет, что открытым остается вопрос, действительно ли большая часть эффекта, наблюдаемого во всем мозге, имела место именно в нейронах, а не в поддерживающих тканях, и если используемые авторами высокие дозы(50 миллиграммов HDO на килограмм веса тела) - могут быть токсичными, почему "эта простая модификация олиго-структуры может преодолеть чрезвычайно прочный гематоэнцефалический барьер, который ограничивает доступ к мозгу гораздо меньших полярных молекул".

В исследовании авторы признают ограничения текущей работы, и Риго говорит, что планы по оптимизации уже существуют. «Теоретически мы хотели бы определить, как эти липиды попадают в мозг. Однако, какие рецепторы и какие системы при этом функционируют? «Мы хотели бы расширить изучение прохождения дуплекса олигонуклеотидов через ГЭБ, и выяснить, какие рецепторы за что отвечают, и использовать их более конкретным образом».




Станьте первым!



pangenes.ru © 2021
Яндекс.Метрика