Sallitut selkärankarakenteen modifikaatiot RNaasi H -aktiivisissa antisenseoligonukleotideissä

Abstract

Antisenseoligonukleotidit (ASO) ovat yksijuosteisia, noin 20 nukleotidin pituisia kemiallisesti modifioituja oligomeerejä, jotka sitoutuvat lähetti-RNA:han Watson-Crick-emäspariutumisen avulla. Terapeuttisia ASO:ita kehitetään neurologisten sairauksien hoitoon niiden geeni-ilmentymää hiljentävän vaikutuksen takia. ASO:iden suunnittelussa hyödynnetään gapmeerimallia, jossa DNA-pohjainen keskiosa (”ikkuna”) mahdollistaa RNaasi H -entsyymin katalysoiman lähetti-RNA:n pilkkomisen, joka johtaa sairautta aiheuttavan kohdeproteiinin translaation estämiseen. Keskiosa on herkkä kemiallisille muokkauksille. Sen sijaan reuna-alueissa (”siivet”) käytetään usein modifioituja ribonukleosideja farmakologisten ominaisuuksien parantamiseksi. Oligonukleotideihin tulee tehdä modifikaatioita, sillä modifioimattomat oligonukleotidit pilkotaan elimistössä nopeasti nukleaasien toimesta. Modifikaatioilla parannetaan myös ASO:iden jakautumista kudoksiin, soluunpääsyä ja affiniteettia kohde-RNA:han. Selkärankarakenteen modifikaatiot parantavat ASO:iden nukleaasiresistenssiä. Fosforotioaattimodifikaatio (PS) on tutkituin selkärankarakenteen modifikaatio, ja se voidaan sijoittaa ASO:n ikkuna-alueelle häiritsemättä RNaasi H aktivaatiota. PS-modifkaatiot sitoutuvat proteiineihin, mikä huomattavasti parantaa niiden kudosjakautumista ja soluunpääsyä. Toisaalta epäspesifinen proteiinisitoutuminen aiheuttaa myös toksisuutta. Vaihtoehtoisia selkärankarakenteen modifikaatioita tutkitaan, koska halutaan optimoida ASO:iden terapeuttiset ominaisuudet. Muun muassa amidimodifikaatiota (AM) tutkitaan vaihtoehtoisena selkäranka-rakenteena, ja se on rakenteeltaan akiraalinen. AM-sidosta ei voida kuitenkaan sijoittaa ASO:n RNaasi H -herkälle ikkuna-alueelle. Tällä hetkellä tutkimuksessa kiinnostus painottuu ASO:iden kudoskohdentamiseen, toksisuuden vähentämiseen ja alleeliselektiivisyyteen. ASO:iden kudoskohdentamista keskushermostoon on onnistuttu lisäämään fosforyyliguanidiinidiesterimodifikaatiolla (PN). Mesyylifosforamidaatti-modifikaatiolla (MsPA) on puolestaan vähennetty ASO:iden syto- ja maksatoksisuutta. Alleeli-selektiivisyydessä tavoitteena on säilyttää kohteena olevan geenin tyypillinen lähetti-RNA:n muoto, ja vähentää ainoastaan sairauden etenemisen kannalta merkittäviä mutatoituneita lähetti-RNA sekvenssejä. Alleeliselektiivisyyttä pyritään lisäämään muun muassa stereokemiaa muokkaamalla, ja lupaavia tuloksia on saatu PN-modifikaation stereokemiaa kontrolloimalla. Toinen potentiaalinen keino lisätä alleeliselektiivisyyttä on RNaasi H:n katkaisukohtien muuttaminen, ja on havaittu, että etynyylifosfonaattimodifikaatiolla (EP) katkaisukohtien muuttaminen on mahdollista.