分享一篇發(fā)表在Nature Biotechnology上的文章：Enhancing siRNA efficacy in vivo with extended nucleic acid backbones，通訊作者是馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Anastasia Khvorova和Ken Yamada，前者課題組主要研究寡核苷酸的藥物遞送。本文作者報(bào)道了一種在siRNA主鏈骨架上的化學(xué)改造，能大幅提高siRNA在體內(nèi)的穩(wěn)定性。
在siRNA療法中，為了提高siRNA在患者體內(nèi)的穩(wěn)定性，通常需要對(duì)siRNA骨架進(jìn)行化學(xué)修飾。盡管目前開(kāi)發(fā)了多種化學(xué)修飾手段，但由于硫代磷酸的改造方式能最大程度保留RNA與基因沉默相關(guān)的蛋白結(jié)合能力，因此是目前唯一用在臨床中的化學(xué)改造手段。硫代磷酸衍生物雖然能夠?qū)iRNA在體內(nèi)存在的時(shí)間提升到幾周甚至幾個(gè)月，但由于其結(jié)構(gòu)仍能被核酸外切酶識(shí)別，因此在體內(nèi)會(huì)從3’末端被緩慢切割，這一現(xiàn)象在肝外組織中尤其顯著，這也限制了siRNA療法在肝以外器官和組織上的應(yīng)用。本文作者希望開(kāi)發(fā)一種新的骨架改造策略，在不影響siRNA與基因沉默組件結(jié)合的前提下來(lái)降低核酸外切酶對(duì)其的識(shí)別。
作者設(shè)計(jì)了一種將一個(gè)額外的亞甲基添加在5’碳和5’-OH中間的結(jié)構(gòu)，并將這種結(jié)構(gòu)命名為exNA(extended nucleic acid)。由于siRNA發(fā)揮功能需要其與靶基因的mRNA結(jié)合，因此作者首先測(cè)試了exNA的引入對(duì)于RNA雙鏈形成的影響，他們發(fā)現(xiàn)exNA的引入會(huì)降低RNA雙鏈的熱穩(wěn)定性，且隨著exNA引入數(shù)目的提升降低效果更加顯著。對(duì)于exNA引入后RNA鏈對(duì)核酸外切酶的耐受性，作者發(fā)現(xiàn)無(wú)論是對(duì)于5’還是3’核酸外切酶，exNA均可以大幅提高RNA的半衰期，并且在與P-S鍵衍生共同使用的條件下可以將半衰期提高多達(dá)1000倍，同時(shí)引入多個(gè)exNA同樣可以進(jìn)一步提高穩(wěn)定性。此外作者還測(cè)試了exNA對(duì)于RNA結(jié)合沉默元件Ago2蛋白的影響，他們發(fā)現(xiàn)在RNA鏈中部的一些位置上exNA的引入會(huì)導(dǎo)致活性的下降，而3’末端的一些位置則對(duì)活性影響不大。綜合以上結(jié)果，作者最終選用了在3’末端帶有兩個(gè)exNA，并同時(shí)帶有兩個(gè)P-S鍵替換的siRNA進(jìn)行了后續(xù)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
作者首先在小鼠模型上測(cè)試了改造后的siRNA在血漿中的穩(wěn)定性，他們發(fā)現(xiàn)exNA改造后的siRNA相比于P-S鍵替換的對(duì)照分子在血漿穩(wěn)定性上有大幅提高，進(jìn)一步測(cè)試siRNA在各器官中的含量后作者發(fā)現(xiàn)，在兩周之后exNA改造的siRNA在各個(gè)器官中的水平有著3-15倍的提高，說(shuō)明exNA改造成功提高了siRNA的穩(wěn)定性進(jìn)而提高了器官駐留。最后對(duì)于改造后的siRNA的效能，作者發(fā)現(xiàn)在小鼠模型上，改造之后的Htt, Mstn,以及ApoE siRNA均相比原始分子有著更好的基因沉默效果。
總之，這篇文章發(fā)展了在siRNA骨架上添加亞甲基的衍生策略，成功提高了siRNA對(duì)外切酶的耐受性，進(jìn)而提高其體內(nèi)效能。
本文作者：LDY
責(zé)任編輯：LYC
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-024-02336-7
DOI：10.1038/s41587-024-02336-7
