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醫(yī)學院的Anastasia Khvorova和Ken Yamada，前者課題組主要研究寡核苷酸的藥物遞送。本文作者報道了一種在siRNA主鏈骨架上的化學改造，能大幅提高siRNA在體內的穩(wěn)定性。
在siRNA療法中，為了提高siRNA在患者體內的穩(wěn)定性，通常需要對siRNA骨架進行化學修飾。盡管目前開發(fā)了多種化學修飾手段，但由于硫代磷酸的改造方式能最大程度保留RNA與基因沉默相關的蛋白結合能力，因此是目前唯一用在臨床中的化學改造手段。硫代磷酸衍生物雖然能夠將siRNA在體內存在的時間提升到幾周甚至幾個月，但由于其結構仍能被核酸外切酶識別，因此在體內會從3’末端被緩慢切割，這一現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用。本文作者希望開發(fā)一種新的骨架改造策略，在不影響siRNA與基因沉默組件結合的前提下來降低核酸外切酶對其的識別。
作者設計了一種將一個額外的亞甲基添加在5’碳和5’-OH中間的結構，并將這種結構命名為exNA(extended nucleic acid)。由于siRNA發(fā)揮功能需要其與靶基因的mRNA結合，因此作者首先測試了exNA的引入對于RNA雙鏈形成的影響，他們發(fā)現exNA的引入會降低RNA雙鏈的熱穩(wěn)定性，且隨著exNA引入數目的提升降低效果更加顯著。對于exNA引入后RNA鏈對核酸外切酶的耐受性，作者發(fā)現無論是對于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1000倍，同時引入多個exNA同樣可以進一步提高穩(wěn)定性。此外作者還測試了exNA對于RNA結合沉默元件Ago2蛋白的影響，他們發(fā)現在RNA鏈中部的一些位置上exNA的引入會導致活性的下降，而3’末端的一些位置則對活性影響不大。綜合以上結果，作者最終選用了在3’末端帶有兩個exNA，并同時帶有兩個P-S鍵替換的siRNA進行了后續(xù)體內實驗測試。
作者首先在小鼠模型上測試了改造后的siRNA在血漿中的穩(wěn)定性，他們發(fā)現exNA改造后的siRNA相比于P-S鍵替換的對照分子在血漿穩(wěn)定性上有大幅提高，進一步測試siRNA在各器官中的含量后作者發(fā)現，在兩周之后exNA改造的siRNA在各個器官中的水平有著3-15倍的提高，說明exNA改造成功提高了siRNA的穩(wěn)定性進而提高了器官駐留。最后對于改造后的siRNA的效能，作者發(fā)現在小鼠模型上，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對外切酶的耐受性，進而提高其體內效能。
本文作者：LDY
責任編輯：LYC
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-024-02336-7
DOI：10.1038/s41587-024-02336-7
