Значительное число белков, закодированных в геноме человека, не поддаются воздействию стандартными средствами для лечения1,2. Открытие в 2001 году механизма РНК-интерференции, за которое американские генетики Крейг Мелло и Эндрю Файер получили Нобелевскую премию, позволило разработать инновационный класс РНК-таргетных препаратов1. Их эффект подобен истинному снижению экспрессии генов. Теоретически они могут воздействовать на любую генетическую мишень1,3.

 

РНК-интерференция

РНК-интерференция — это естественный клеточный процесс, который подавляет экспрессию гена, способствуя деградации молекул матричной РНК (мРНК) с определенной последовательностью, и контролирует синтез белка4–6. Этапы РНК‑интерференции представлены на рисунке 1.

  • 1 —

    Длинные двухцепочечные РНК (дцРНК) — транскрибированные или экзогенные — опосредуют мощное и специфичное подавление экспрессии генов. Они разрезаются ферментами Dicer (РНКаза) в цитоплазме до малых интерферирующих РНК (миРНК)4.

    На разрезанную миРНК воздействует РНК-индуцируемый комплекс выключения гена (RISC)4,5.

  • 2 —

    Фермент в составе комплекса RISC Argonaute-2 разрезает и расщепляет сопровождающую цепь короткой интерферирующей РНК (киРНК)6.

  • 3 —

    Направляющая цепь направляет RISC к таргетной мРНК с помощью комплементарного спаривания оснований4.

  • 4 —

    Белок Argonaute-2 в составе комплекса RISC разрезает таргетную мРНК и препятствует трансляции и синтезу белка4,5.

Процесс РНК-интерференции

Рисунок 1 — Процесс РНК-интерференции

 

РНК-таргетные препараты

Препараты на основе РНК-интерференции задействуют ее естественный биологический путь для регуляции экспрессии определенных генов4. Разработка РНК-препаратов фокусируется на подавлении экспрессии гена с помощью коротких синтетических некодирующих РНК (нкРНК), в том числе киРНК, для регуляции и/или выключения таргетных генов2,4.

На сегодняшний день различают два основных типа РНК-таргетных препаратов — антисмысловой олигонуклеотид (АСО) и миРНК. Их основные характеристики указаны в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнительные характеристики молекул АСО и миРНК

  АСО миРНК
Механизм действия
Деградация таргетной РНК посредством РНКазы Н1, пространственное блокирование РНК (изменение сплайсинга, блокирование трансляции) Деградация РНК белком Ago2 из комплекса RISC
Локализация действия
Ядро и цитоплазма Цитоплазма
Способ доставки
Солевой раствор — подкожно Липосомы (дополнительно требуются стероиды); солевой раствор — подкожно, другое
Соединение, направляющее в печень
GalNAc GalNAc
Захват/период полувыведения/ выведение
Быстрый захват, период полураспределения менее 1 ч, период полувыведения из гепатоцитов 2–4 недели, выведение экзонуклеазами и эндонуклеазами Быстрый захват, период полураспределения менее 1 ч, период полувыведения из гепатоцитов 2–4 недели, выведение экзонуклеазами и эндонуклеазами

Примечание.

GalNAc — N-ацетилгалактозамин.

Механизм действия АСО

Существует несколько механизмов действия АСО (рис. 2).

  •  

    Частота госпитализаций

    РНКаза H1 присутствует в большинстве клеток и обеспечивает расщепление РНК в гетеродуплексе РНК-ДНК7. Это приводит к избирательному расщеплению цепочек РНК, в то время как синтетическая цепь ДНК остается интактной и связывается с таргетной мРНК8. Нокдаун таргетной мРНК в конечном счете снижает синтез белка, вызывающего заболевание8.

  •  

    Пространственное блокирование трансляции

    АСО может блокировать трансляцию белка, связываясь с его таргетной РНК и предотвращая фиксацию рибосомы9.

  •  

    Модуляция сплайсинга

    АСО могут связываться с некодирующими последовательностями пре-мРНК и изменять ее сплайсинг9.

Механизм действия АСО

Рисунок 2 — Механизм действия АСО

Механизм действия миРНК

С помощью миРНК удается таргетно и эффективно воздействовать на результат экспрессии гена: синтез конечного продукта снижается на 99%7,8. МиРНК содержит нуклеотидные последовательности, комплементарные мРНК, транскрибирующей целевой ген. Таким образом, воздействуя на путь эндогенной РНК-интерференции, удается подвергнуть деградации определенную мРНК7–9.

 

Оценка безопасности РНК-препаратов

Эволюция химической структуры и комбинированное применение различных химических модификаций было поворотным моментом в улучшении показателей эффективности и профиля безопасности РНК-препаратов. Так, при использовании АСО и миРНК, конъюгированных с GalNAc, показатели активности повышались при значительно более низких концентрациях в плазме крови10–12. Токсические эффекты развиваются редко и обычно на фоне высоких доз10.

GalNAc — это высокоаффинный лиганд асиалогликопротеинового рецептора (ASGPR)13,14. ASGPR в большом количестве (0,5–1 млн копий/клетка) экспрессируется на поверхности гепатоцитов и в течение 15 минут возвращается в повторный цикл (рис. 3)1,13. Конъюгация трехвалентных групп GalNAc (GalNAc3) с АСО или миРНК способствует таргетной доставке в гепатоциты, исключительной стабильности и продолжительному эффекту14.

Механизм таргетной доставки в гепатоциты

Рисунок 3 — Механизм таргетной доставки в гепатоциты

Понимание молекулярных механизмов действия РНК-препаратов и усовершенствование химической структуры приводят к неизменному улучшению их клинических характеристик (табл. 2).

Таблица 2 — Обзор нежелательных явлений при использовании различных АСО и миРНК

    Местные реакции* Тромбоцитопения НЯ со стороны почек и печени
1998 г. Фомивирсена (АСО с ФТ связями) ++2
2004 г. Пегаптанибb (2’‑F / 2’‑O‑MOЭ АСО) ++2,15 ++2,15
2013 г. Мипомерсен

(2’‑MOЭ / ДНК ФТ АСО)
++2 +22 ++2
2016 г. Нусинерсен (полностью модифицированный 2’‑MOЭ АСО) +16 +16
2016 г. Этеплирсенc (ФМО АСО) +17 +17
2018 г. Инотерсен (полностью модифицированный 2’-MOЭ АСО) ++18 ++2,18 +2,18
2019 г. Голодирсен (ФМО АСО) ++19
2019 г. Воланесорсен (2’‑MOЭ ФТ АСО) ++20,21 ++20,21
2018 г. Патисиран (2’‑O‑метил киРНК) ++2
2019 г. Гивосиран (ФТ, 2’‑метокси, 2’‑фтор, GalNAc3киРНК) ++23 +23
В настоящие дни GalNAc3-конъгированные соединения (исследования продолжаются) +

Примечание.

++ Высокая частота развития; + Низкая частота развития; НЯ отсутствуют.

* Местные реакции включают реакции в месте инъекции и гриппоподобный синдром.

Периферический отек обычно отмечался как симптом, связанный с инфузией.

a Повышение внутриглазного давления и внутриглазное воспаление от легкой до умеренной степени тяжести (продажи препарата были остановлены в связи со значительным снижением заболеваемости цитомегаловирусным ретинитом и соответствующим снижением клинической потребности)2.

b Реакции в месте инъекции, повышение уровня трансаминаз, жировой гепатоз; доля рынка снизилась из-за других конкурирующих препаратов2.

с Противоречивые доказательства относительно эффективности и фармакодинамического эффекта2.

НЯ — нежелательные явления; 2’-O-Me — 2’-O-метил; 2’-F — 2’-фтор; 2’-O-MOЭ — 2’-O-метоксиэтил; GalNАc3 — трехантенный N-ацетилгалактозамин; ФМО — фосфородиамидат морфолиновый олигонуклеотид; ФТ — фосфотиоат.

 

Список источников:

  • Yu A.M. et al. RNA Therapy: Are We Using the Right Molecules? Pharmacol Ther. 2019;196:91-104.
  • Crooke S.T. et al. RNA-Targeted Therapeutics. Cell Metab. 2018;27(4):714-739.
  • Tsimikas S. RNA-targeted therapeutics for lipid disorders. Curr Opin Lipidol. 2018;29(6):459-466.
  • Lam J.K.W. et al. siRNA Versus miRNA as Therapeutics for Gene Silencing. Mol Ther Nucleic Acids. 2015;4:e252.
  • Wilson R.C., Doudna J.A. Molecular Mechanisms of RNA Interference. Annu Rev Biophys. 2013;42:217-239.
  • Rand T.A. et al. Argonaute2 cleaves the anti-guide strand of siRNA during RISC activation. Cell. 2005;123:621-629.
  • Bennet С.F. et al. Antisense Oligonucleotide Therapies for Neurodegenerative Diseases. Annu Rev Med. 2019;70:307-321.
  • Yin W., Rogge M. Targeting RNA: A Transformative Therapeutic Strategy. Clin & Transl Sci. 2019, 12:98-112.
  • Rossor A.M. et al. Antisense oligonucleotides and other genetic therapies made simple. Pract Neurol 2018;18:126-131.
  • Chi X. et al. Safety of antisense oligonucleotide and siRNA-based therapeutics. Drug Discov Today. 2017;22(5):823-833.
  • Smit E., Zain R. Therapeutic Oligonucleotides: State of the Art. Ann Rev Pharma & Toxicol, 2019; 59: 605-630.
  • Khvorova A. et al. The chemical evolution of oligonucleotide therapies of clinical utility. Nat Biotech, 2017, 35: 238-248.
  • Shen Х., Corey R., Nucl Acid Res, 2018, 46: 1584-1600.
  • Levin A. et al. Targeting Therapeutic Oligonucleotides. N Engl J Med. 2017 Jan 5;376(1):86-88.
  • Hegele R.A. et al. Lipid-Lowering Agents. Circ Res. 2019;124(3):386-404.
  • Stolte B. et al. Feasibility and safety of intrathecal treatment with nusinersen in adult patients with spinal muscular atrophy. Ther Adv Neurol Disord. 2018;11:1756286418803246.
  • Lim K.R.Q. et al. Eteplirsen in the treatment of Duchenne muscular dystrophy. Drug Des Devel Ther. 2017 28;11:533-545.
  • Brannagan T.H. et al. Early data on long‐term efficacy and safety of inotersen in patients with hereditary transthyretin amyloidosis. Eur J Neurol. 2020. doi: 10.1111/ene.14285.
  • Heo W. et al. Drugs. 2020 Feb;80(3):329-333.
  • Mansoor M. et al. Advances in antisense oligonucleotide development for target identification, validation, and as novel therapeutics. Gene Regul Syst Bio. 2008;2:275-95.
  • Witztum J.L. et al. Volanesorsen and Triglyceride Levels in Familial Chylomicronemia Syndrome. N Engl J Med. 2019;381(6):531-542.
  • Reeskamp L.F. et al. Safety and efficacy of mipomersen in patients with heterozygous familial hypercholesterolemia. Atherosclerosis. 2019;280:109-117.
  • Scott L.J et al. Givosiran: First Approval. Drugs. 2020;80(3):335-339.

 

Оцените материал: 
Средняя оценка: 5 (1 vote)
×

Ask Speakers

×

Medical Information Request