ДНК-направленная интерференция РНК
В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
ДНК-направленная РНК-интерференция (ddRNAi) — это метод подавления генов , в котором используются конструкции ДНК (RNAi) клеток животных для активации путей эндогенной РНК-интерференции . Конструкции ДНК предназначены для экспрессии самокомплементарных двухцепочечных РНК , обычно коротких шпилечных РНК , которые вызывают замалчивание целевого гена или генов после процессинга. [ 1 ] Любую РНК, включая эндогенную информационную РНК (мРНК) или вирусные РНК, можно заглушить путем разработки конструкций для экспрессии двухцепочечной РНК, комплементарной желаемой мишени мРНК .
Было продемонстрировано, что этот механизм работает как новый терапевтический метод, позволяющий заглушить гены, вызывающие заболевания, в ряде моделей заболеваний, включая вирусные заболевания, такие как ВИЧ , [ 2 ] гепатит В [ 3 ] или гепатит С , [ 4 ] или заболевания, связанные с измененной экспрессией эндогенных генов, такие как лекарственно-устойчивый рак легких , [ 5 ] нейропатическая боль , [ 6 ] запущенный рак, [ 7 ] и пигментный ретинит . [ 8 ]
Механизм DDRNAI
[ редактировать ]В отличие от терапевтических средств с использованием малых интерферирующих РНК ( миРНК ), которые передаются внутри клетки и, следовательно, лишь временно замалчивают гены, конструкции ДНК постоянно транскрибируются, пополняя клеточную «дозу» короткой шпилечной РНК (кшРНК), тем самым обеспечивая долгосрочное подавление целевых РНК. гены. Таким образом, механизм ddRNAi предлагает потенциал для постоянной клинической пользы при сокращении медицинского вмешательства. [ 2 ] [ 4 ]
Организация конструкций DDRNAI
[ редактировать ]На рисунке 2 показан наиболее распространенный тип конструкции ДНК DDRNAI, предназначенной для экспрессии shRNA. На этом рисунке изображена последовательность промотора , управляющая экспрессией смысловой и антисмысловой последовательностей, разделенная петлевой последовательностью, за которой следует терминатор транскрипции. Антисмысловая последовательность, процессированная из кшРНК, может связываться с целевой РНК и определять ее деградацию. Конструкции shRNA обычно кодируют смысловые и антисмысловые последовательности длиной 20–30 нуклеотидов. Возможна гибкость в проектировании конструкции; например, положения смысловых и антисмысловых последовательностей могут меняться местами, а другие модификации и добавления могут изменять внутриклеточный процессинг shRNA. [ 9 ] Кроме того, можно использовать различные последовательности промоторной петли и терминатора. [ 4 ]
Выгодным вариантом является мультикассета ( рис. 2б). Разработанные для экспрессии двух или более shRNA, они могут одновременно нацеливаться на деградацию нескольких последовательностей, что является особенно полезной стратегией для нацеливания на вирусы. Вариации естественных последовательностей могут сделать один сайт-мишень shRNA неузнаваемым, предотвращая деградацию РНК. Мультикассетные конструкции, нацеленные на несколько сайтов в одной и той же вирусной РНК, позволяют обойти эту проблему. [ 4 ]
Доставка
[ редактировать ]Доставка конструкций ДНК DDRNAI упрощается благодаря существованию нескольких клинически одобренных и хорошо изученных векторов генной терапии, разработанных для этой цели. Доставка является серьезной проблемой для терапии на основе РНКи, поскольку постоянно разрабатываются новые модификации и реагенты для оптимизации доставки клеток-мишеней. Доступны две широкие стратегии облегчения доставки конструкций ДНК в нужные клетки: в них используются либо вирусные векторы, либо один из нескольких классов для трансфекции реагентов .
Доставка конструкций DDRNAI in vivo была продемонстрирована с использованием ряда векторов и реагентов с различными путями введения (ROA). [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 8 ]
Конструкции DDRNAI также были успешно доставлены в клетки-хозяева ex vivo , а затем трансплантированы обратно хозяину. [ 2 ] [ 7 ] [ 10 ]
Например, в ходе I фазы клинических испытаний в Национальном медицинском центре «Город надежды» , Калифорния, США, четыре ВИЧ-положительных пациента с неходжкинской лимфомой были успешно вылечены аутологичными гемопоэтическими клетками-предшественниками, предварительно трансдуцированными ex vivo конструкциями DDRNAI с использованием лентивирусных векторов. . Эта конструкция была разработана для экспрессии трех терапевтических РНК, одна из которых была кшРНК, тем самым борясь с репликацией ВИЧ тремя различными способами: [ 2 ]
- shRNA, которая подавляет гены tat и rev генома ВИЧ.
- Рибозим CCR5, ингибирующий проникновение вирусных клеток
- TAR-приманка РНК, ингибирующая инициацию вирусной транскрипции.
Продолжающаяся экспрессия shRNA была подтверждена в Т-клетках, моноцитах и В-клетках более чем через год после трансплантации. [ 2 ]
Терапевтическое применение
[ редактировать ]Нейропатическая боль
[ редактировать ]Nervana представляет собой исследуемую V-конструкцию, которая подавляет экспрессию гамма -протеинкиназы C (PKCγ), которая, как известно, связана с нейропатической болью и толерантностью к морфину . [ 6 ]
Были идентифицированы две консервативные последовательности PKCγ у всех ключевых модельных видов и людей, а также созданы как одиночные, так и двойные кассеты ДНК. In vitro экспрессия PKCγ подавлялась на 80%. Когда аналогичные конструкции DDRNAI были доставлены интратекально с использованием лентивирусного вектора, было продемонстрировано облегчение боли на модели нейропатических крыс. [ 6 ]
Лекарственно-устойчивый немелкоклеточный рак легких
[ редактировать ]Развитие резистентности к химиотерапии, такой как паклитаксел и цисплатин, при немелкоклеточном раке легкого (НМРЛ) тесно связано со сверхэкспрессией бета III тубулина . Исследования Детского онкологического института Австралии ( Университет Нового Южного Уэльса, Онкологический исследовательский центр Лоуи ) продемонстрировали, что нокдаун бета III-тубулина под действием DDRNAI задерживает рост опухоли и повышает химиочувствительность на мышиных моделях. [ 5 ]
Трибутарна представляет собой тройную кассету ДНК, экспрессирующую три молекулы шРНК, каждая из которых отдельно нацелена на тубулин бета III и сильно ингибирует его экспрессию. исследования на модели ортотопической мыши, где конструкция доставляется с помощью модифицированного полиэтилениминового В настоящее время продолжаются вектора jetPEI, нацеленного на легочную ткань.
Вирусная инфекция гепатита В
[ редактировать ]Геном вируса гепатита B (HBV) кодирует собственную ДНК-полимеразу для репликации. Компания Biomics Biotechnologies оценила около 5000 последовательностей siRNA этого гена на предмет эффективного нокдауна; пять последовательностей были выбраны для дальнейшего исследования и показали, что они обладают мощной сайленсинговой активностью при конвертации в кассеты экспрессии shRNA. Многокассетная конструкция Hepbarna находится на стадии доклинической разработки для доставки с помощью аденоассоциированного вируса вектора, нацеленного на печень 8 (AAV-8).
Окулофарингеальная мышечная дистрофия
[ редактировать ]Классифицированное как орфанное заболевание , в настоящее время не существует лечения OPMD, вызванного мутацией в гене поли(А)-связывающего белка ядерного 1 ( PABPN1 ). Замалчивание мутантного гена с помощью DDRNAI предлагает потенциальный терапевтический подход. [ 11 ]
ВИЧ/СПИД
[ редактировать ]Помимо подхода ex vivo Национального медицинского центра «Город надежды», о котором говорилось выше, Центр инфекций и иммунитета Амстердама (CINIMA) Амстердамского университета (Нидерланды) активно исследует состав многокассетных конструкций ДНК для борьбы с ВИЧ. [ 12 ]
Проблемы безопасности
[ редактировать ]Как и в случае со всеми видами генной терапии , при разработке терапевтических средств DDRNAI необходимо оценить ряд вопросов безопасности и токсичности.
Активация онкогена путем внедрения вируса
[ редактировать ]Некоторые векторы генной терапии интегрируются в геном хозяина, действуя тем самым как инсерционные мутагены. Это была особая проблема с ранними ретровирусными векторами, вставки которых рядом с онкогенами приводили к развитию лимфоидных опухолей. [ 13 ] Векторы AAV считаются малоопасными для интеграции генома хозяина, поскольку аденоассоциированная вирусная инфекция не связана с индукцией рака у людей, несмотря на широкую распространенность среди населения в целом. Более того, широкое клиническое использование векторов AAV не выявило доказательств канцерогенности. Хотя лентивирусные векторы действительно интегрируются в геном, они, по-видимому, не проявляют склонности к активации экспрессии онкогенов. [ 14 ]
Иммунный ответ на векторы генной терапии
[ редактировать ]Иммунологический ответ на аденовирусный вектор привел к смерти пациента в ходе раннего исследования на людях. Тщательный мониторинг потенциальной токсичности в ходе доклинических испытаний и анализа уже существующих антител к векторам генной терапии у пациентов сводит к минимуму такие риски.
Врожденный иммунный ответ
[ редактировать ]Было показано, что siRNA активируют иммунные ответы посредством взаимодействия с Toll-подобными рецепторами, что приводит к интерфероновым ответам. Эти рецепторы расположены на поверхности клетки, поэтому ожидается, что конструкции DDRNAI, доставленные непосредственно во внутриклеточное пространство, не будут вызывать этот ответ. [ 15 ]
Токсические эффекты из-за сверхэкспрессии shRNA
[ редактировать ]Было показано, что высокий уровень экспрессии shRNAs токсичен. Стратегии минимизации уровня экспрессии shRNA [ 4 ] или способствовать точному процессингу shRNA [ 16 ] сможет преодолеть эту проблему.
Нецелевые эффекты
[ редактировать ]Теоретически может произойти непреднамеренное замалчивание генов, которые имеют гомологию последовательностей с экспрессируемыми shRNA. [ 17 ] Тщательный отбор последовательностей shRNA и тщательное доклиническое тестирование конструкций могут обойти эту проблему.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Райс, РР; Мюрхед, АН; Харрисон, Британская Колумбия; Кассианос, AJ; Седлак, Польша; Могери, Нью-Джерси; Госс, Пи Джей; Дэйви-младший; Джеймс, Делавэр; Грэм, MW (2005). «Простые и надежные стратегии создания конструкций РНК-интерференции, направленных на ДНК». РНК-интерференция . Методы энзимологии. Том. 392. стр. 405–419. дои : 10.1016/S0076-6879(04)92024-1 . ISBN 9780121827977 . ПМИД 15644195 .
- Лю, Ю.П.; Вестеринк, Дж. Т.; Брейк, О.; Берхаут, Б. (2011). «РНКи-индуцирующие лентивирусные векторы для генной терапии против ВИЧ-1». Противовирусные РНКи . Методы молекулярной биологии. Том. 721. стр. 293–311. дои : 10.1007/978-1-61779-037-9_18 . ISBN 978-1-61779-036-2 . ПМИД 21431693 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ламбет, Л.С.; Смит, Калифорния (2013). «Замалчивание генов, опосредованное короткой шпилькой РНК». Дизайн SiRNA . Методы молекулярной биологии. Том. 942. стр. 205–232. дои : 10.1007/978-1-62703-119-6_12 . ISBN 978-1-62703-118-9 . ПМИД 23027054 .
- ^ Jump up to: а б с д и Дигиусто, Д.Л.; Кришнан, А.; Ли, Л.; Ли, Х.; Ли, С.; Рао, А.; Ми, С.; Ям, П.; Стинсон, С.; Калос, М.; Альварнас, Дж.; Лейси, Сан-Франциско; Йи, Ж.-К.; Ли, М.; Кутюр, Л.; Сюй, Д.; Форман, С.Дж.; Росси, Джей-Джей; Зая, JA (2010). «Генная терапия на основе РНК при ВИЧ с использованием клеток CD34+, модифицированных лентивирусным вектором, у пациентов, перенесших трансплантацию по поводу лимфомы, связанной со СПИДом» . Наука трансляционной медицины . 2 (36): 36ра43. doi : 10.1126/scitranslmed.3000931 . ПМК 3130552 . ПМИД 20555022 .
- ^ Jump up to: а б Чен, Ц.-Ц.; Чанг, К.-М.; Вс, Ц.-П.; Ю, С.-П.; У, П. -Ю.; Дженг, К.-С.; Ху, Ц.-П.; Чен, П.-Дж.; Ву, Ж.-К.; Ши, Швейцария; Гершвин, Мэн; Тао, М.-Х. (2011). «Использование РНК-интерференции для модуляции развития аденомы печени на мышиной модели, трансгенной по вирусу гепатита В» . Генная терапия . 19 (1): 25–33. дои : 10.1038/gt.2011.60 . ПМИД 21562593 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Сухи, Д.А.; Као, Южная Каролина; Мао, Т.; Уайтли, Л.; Дениз, Х.; Субербьель, Б.; Бердик, AD; Хейс, К.; Райт, Дж. Ф.; Лаванда, Х.; Ролвинк, П.; Колыхалов А.; Брэди, К.; Мосхос, SA; Хаук, Б.; Зеленая, О.; Чжоу, С.; Скрибнер, К.; Высокий, КА; Ренисон, Ш.; Корбау, Р. (2012). «Безопасная долговременная экспрессия шРНК анти-ВГС в печени на модели примата, не являющегося человеком» . Молекулярная терапия . 20 (9): 1737–1749. дои : 10.1038/mt.2012.119 . ПМЦ 3437581 . ПМИД 22735378 .
- ^ Jump up to: а б МакКэрролл, Дж.А.; Ган, ПП; Лю, М.; Кавалларис, М. (2010). «III-Тубулин представляет собой многофункциональный белок, участвующий в чувствительности к лекарствам и опухолеобразовании при немелкоклеточном раке легких» . Исследования рака . 70 (12): 4995–5003. дои : 10.1158/0008-5472.CAN-09-4487 . ПМИД 20501838 .
- ^ Jump up to: а б с д Цзоу, В.; Песня, З.; Го, Ц.; Лю, К.; Чжан, З.; Чжан, Ю. (2011). «Интратекальная лентивирусно-опосредованная интерференция РНК, направленная на PKCγ, ослабляет хроническую нейропатическую боль, вызванную сужением, у крыс». Генная терапия человека . 22 (4): 465–475. дои : 10.1089/hum.2010.207 . ПМИД 21087146 .
- ^ Jump up to: а б Сензер, Н.; Барве, М.; Кун, Дж.; Мельник А.; Байч, П.; Лазарь, М.; Лифшиц, С.; Маги, М.; О, Дж.; Милл, Юго-Запад; Беделл, К.; Хиггс, К.; Кумар, П.; Ты, Ю.; Норвелл, Ф.; Фалон, К.; Таке, Н.; Рао, Д.Д.; Ван, З.; Джей, СМ; Паппен, Бо; Уоллрейвен, Г.; Бруникади , ФК ; Шанахан, DM; Клены, ПБ; Нямунайтис, Дж. (2011). «Фаза I испытания вакцины «би-шРНКифурин/GMCSF ДНК/аутологичные опухолевые клетки» (FANG) при распространенном раке» . Молекулярная терапия . 20 (3): 679–686. дои : 10.1038/mt.2011.269 . ПМК 3293620 . ПМИД 22186789 .
- ^ Jump up to: а б Миллингтон-Уорд, С.; Чаддертон, Н.; О'Рейли, М.; Палфи, А.; Гольдманн, Т.; Килти, К.; Хамфрис, М.; Вольфрум, У.; Беннетт, Дж.; Хамфрис, П.; Кенна, ПФ; Фаррар, Дж.Дж. (2011). «Подавление и заместительная генная терапия аутосомно-доминантного заболевания на мышиной модели доминантного пигментного ретинита» . Молекулярная терапия . 19 (4): 642–649. дои : 10.1038/mt.2010.293 . ПМК 3070095 . ПМИД 21224835 .
- ^ Гу, С.; Джин, Л.; Чжан, Ю.; Хуанг, Ю.; Чжан, Ф.; Валдманис, ПН; Кей, Массачусетс (2012). «Положение петли кшРНК и пре-микроРНК имеет решающее значение для точности обработки Dicer in vivo» . Клетка . 151 (4): 900–911. дои : 10.1016/j.cell.2012.09.042 . ПМК 3499986 . ПМИД 23141545 .
- ^ Рингпис, GEE; Симидзу, С.; Арокиум, Х.; Камба-Колон, Ж.; Кэрролл, М.В.; Кортадо, Р.; Се, Ю.; Ким, П.Ю.; Саакян А.; Лоу, Эл.; Нарукава, М.; Кандарян, ФН; Берк, BP; Саймондс, врач общей практики; Ан, Д.С.; Чен, И.С.; Камата, М. (2012). Спек, Роберто Ф. (ред.). «Создание устойчивых к ВИЧ-1 Т-клеток из гемопоэтических стволовых клеток/клеток-предшественников, экспрессирующих РНК с короткой шпилькой, у гуманизированных мышей BLT» . ПЛОС ОДИН . 7 (12): e53492. Бибкод : 2012PLoSO...753492R . дои : 10.1371/journal.pone.0053492 . ПМЦ 3534037 . ПМИД 23300932 .
- ^ Тролле, К.; Анвар, Ю.Ю.; Венема, А.; Харгривз, IP; Фостер, К.; Виньо, А.; Ферри, А.; Негрони, Э.; Урд, К.; Барайбар, Массачусетс; «т» Хоен, PAC; Дэвис, Дж. Э.; Рубинштейн, округ Колумбия; Хилз, С.Дж.; Мули, В.; Ван дер Маарел, С.М.; Батлер-Браун, Г.; Раз, В.; Диксон, Г. (2010). «Молекулярная и фенотипическая характеристика мышиной модели глазоглоточной мышечной дистрофии выявила тяжелую мышечную атрофию, ограниченную быстрыми гликолитическими волокнами» . Молекулярная генетика человека . 19 (11): 2191–2207. дои : 10.1093/hmg/ddq098 . ПМИД 20207626 .
- ^ Тормоз, ОТ; Хофт, К. Т.; Лю, Ю.П.; Сентливр, М.; Ясмейн фон Эйе, К.; Берхаут, Б. (2008). «Дизайн лентивирусного вектора для множественной экспрессии шРНК и длительного ингибирования ВИЧ-1» . Молекулярная терапия . 16 (3): 557–564. дои : 10.1038/sj.mt.6300382 . ПМК 7172400 . ПМИД 18180777 .
- ^ Вудс, Северная Каролина; Боттеро, В.; Шмидт, М.; Фон Калле, К.; Верма, И.М. (2006). «Генная терапия: терапевтический ген, вызывающий лимфому» . Природа . 440 (7088): 1123. Бибкод : 2006Natur.440.1123W . дои : 10.1038/4401123а . ПМИД 16641981 . S2CID 4372110 .
- ^ Ван, врач общей практики; Левин, БЛ; Биндер, ГК; Берри, CC; Малани, Н.; МакГаррити, Дж.; Тебас, П.; июнь, Швейцария; Бушман, Федеральный округ (2009). «Анализ интеграции лентивирусного вектора у ВИЧ+ субъектов исследования, получающих аутологичные инфузии генно-модифицированных CD4+ Т-клеток» . Молекулярная терапия . 17 (5): 844–850. дои : 10.1038/mt.2009.16 . ПМЦ 2835137 . ПМИД 19259065 .
- ^ Кляйнман, Мэн; Ямада, К.; Такеда, А.; Чандрасекаран, В.; Нодзаки, М.; Баффи, JZ; Альбукерке, RJC; Ямасаки, С.; Итайя, М.; Пан, Ю.; Аппукуттан, Б.; Гиббс, Д.; Ян, З.; Карико, К.; Амбати, Британская Колумбия; Вилгус, штат Техас; Дипьетро, Луизиана; Сакурай, Э.; Чжан, К.; Смит, младший; Тейлор, EW; Амбати, Дж. (2008). «Независимое от последовательности и мишени подавление ангиогенеза с помощью миРНК через TLR3» . Природа 452 (7187): 591–597. Бибкод : 2008Nature.452..591K . дои : 10.1038/nature06765 . ПМЦ 2642938 . ПМИД 18368052 .
- ^ Макбрайд, Дж.Л.; Будро, РЛ; Харпер, SQ; Стабер, П. Д.; Монтейс, AM; Мартинс, И.; Гилмор, БЛ; Бурштейн, Х.; Пелузо, RW; Полиский, Б.; Картер, Би Джей; Дэвидсон, Б.Л. (2008). «Искусственные микроРНК снижают токсичность, опосредованную шРНК, в головном мозге: значение для терапевтической разработки РНКи» . Труды Национальной академии наук . 105 (15): 5868–5873. Бибкод : 2008PNAS..105.5868M . дои : 10.1073/pnas.0801775105 . ПМК 2311380 . ПМИД 18398004 .
- ^ Джексон, Алабама; Барц, СР; Шелтер, Дж.; Кобаяши, СВ; Берчард, Дж.; Мао, М.; Ли, Б.; Кавет, Г.; Линсли, PS (2003). «Профилирование экспрессии показывает нецелевую регуляцию генов с помощью РНКи». Природная биотехнология . 21 (6): 635–637. дои : 10.1038/nbt831 . ПМИД 12754523 . S2CID 24778534 .