Конкурс «био/мол/текст»-2013

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Лучшее новостное сообщение».

---

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

Открытие

Ровно 20 лет назад, в 1993 году, Виктор Амброс (Victor Ambros) [1] и Гэри Рувкин (Gary Ruvkin) [2] открыли первый ген микроРНК (или на английском miR) lin-4 в геноме нематоды C. elegans, а также показали, что мутация по этому гену приводит к нарушению развития червя во взрослое животное. Их статьи опубликовали в одном номере журнала Cell [1], [2]. Долгое время lin-4 считался неясной аномалией генома, пока в 2000 году не обнаружили малую регуляторную РНК let-7. Искусственного заблокировав функции let-7, можно получить червей, у которых не происходит формирования энтодермы при одновременной активации формирования мезодермы и эктодермы из эмбриональных стволовых клеток [3]. С этого момента исследователи окончательно осознали, что микроРНК не просто транскрипционный «шум», а важный регулятор в клетке, и занялись поиском аналогичных элементов в геномах дрозофилы, человека и т.д. К 2011 году у животных, растений и вирусов было аннотировано 18226 микроРНК, включая 1921 в человеческом геноме [4]. Не правда ли, неплохой результат за 10 лет исследований? (Более подробно про механизмы работы и классификацию микроРНК «биомолекула» уже писала: «Обо всех РНК на свете, больших и малых» [5]).

И вот, к 2005 году стало ясно, что информации о микроРНК накопилось достаточно для того, чтобы приступить к созданию лекарства следующего поколения. Во-первых, результаты исследований явно указывали, что нарушения регуляции микроРНК ведут к заболеваниям . Во-вторых, успешное применение технологии «закрытых» нуклеиновых кислот (LNA; см. врезку) обеспечит практически беспроблемный дизайн антимиР-олигонуклеотидов (особый тип РНК; см. врезку) для фармакологического ингибирования нужных микроРНК in vivo. Почему практически? Под вопросом оставался сущий пустяк: как осуществить доставку в желаемое место в организме?

Например, ослабление функций miR-14 существенно увеличивает общее содержание триацилглицеридов; miR-278 осуществляет контроль продукции инсулина, а делеция miR-278 стимулирует данный процесс; повышенная экспрессия miR-1, специфичной для сердца, ингибирует кардиомиоциты во время его эмбриогенеза и провоцирует аритмогенез [14].

Тут внимание исследователей привлекает miR-122:

• miR-122 отличается не только полной консервативностью у всех позвоночных от рыбок Данио до человека, но и высокой концентрацией в печени;
• также ученые вспомнили, что антимиР олигонуклеотиды с фосфоротиоатным (PS) каркасом накапливаются опять же в печени, причем для этого не нужны никакие дополнительные модификации;
• кульминационным аккордом стало сообщение Питера Сарнова (Peter Sarnow) в 2005 году [12], что экспрессированная в печени miR-122 взаимодействует с РНК вируса гепатита С. Все факты говорили о том, что miR-122 — важнейший внутренний фактор размножения гепатита С [8].

Вот так зародилась идея по созданию первого в мире лекарства на основе микроРНК, которое поможет излечиться 170 миллионам людей, зараженным гепатитом С [10]. С этого момента началась история создания «Миравирсена».

«Миравирсен». Доклинические исследования

«Миравирсен» (продукт компании Santaris Pharma) представляет собой LNA-antimiR™ олигонуклеотид, которому присвоено название miravirsen sodium (соль натрия — желтовато-белый гигроскопичный порошок). Его состав — восемь D-oxy-LNA и семь ДНК-нуклеотидов в следующей последовательности: 5′-mC-c-A-t-t-G-T-c-a-mC-am-C-t-mC-mC-3′ (заглавные буквы — LNA, строчные — ДНК).

miR-122 — самая распространенная микроРНК в гепатоцитах — регулирует образование энергии, липидный и стероидный обмен и репликацию гепатита С. miR-122 — жизненно важный фактор для вируса: без нее гепатит С не способен эффективно размножаться. Интересный факт: если сделать инъекцию miR-122 в негепатоцитные клетки, то вирус гепатита С станет реплицироваться и там.

Как же miR-122 взаимодействуют c геномом гепатита С? Известно, что +РНК вируса содержит два практически идентичных сайта — S1 и S2, — расположенные в 5′-нетранслируемой области (НТО) вирусного генома (рис. 5а). Они связываются с двумя miR-122, и образовавшийся комплекс защищает вирусную РНК от нуклеаз и иммунной системы в гепатоцитах (рис. 5б). Сайты для связывания miR-122 сохраняют свою консервативность среди всех известных генотипов и подтипов гепатита С.

«Миравирсен» синтезирован таким образом, чтобы специфически подавлять miR-122, образуя дуплекс. Как только miR-122 становится недоступной для вируса, его распространение полностью подавляется.

Окончательный вариант формулы появился не сразу. Во-первых, создали небольшую библиотеку олигонуклеотидов длиной 13–16 нт с минимальной температурой плавления 60 °C. Во-вторых, исключили комплементарность первого нуклеотида микроРНК, так как исследования показали, что этот нуклеотид «прячется» в особом сайте белка Argonaute. В-третьих, чтобы предотвратить возможное разрезание комплексом RISC (RNA-induced silencing complex [5]) потенциальных сайтов, были введены замены на LNA-нуклеотиды. Не забыли и про PS-скелет и комплементарность 5′-НТО вирусного генома. После экспериментов на человеческих линиях клеток гепатотоцитов в лидеры вышел олигонуклеотид под названием SPC3649. Именно SPC3649 вошел в историю под названием «Миравирсен».

Первым делом новый препарат испробовали на мышах, и весьма успешно. Животным вкалывали внутрибрюшинно от 12,5 до 75 мг/кг/доза два раза в неделю и через четыре недели достигли ингибирования miR-122. Тем временем исследователи обратили внимание, что параллельно с miR-122 в плазме крови снижается уровень холестерина (на 30–40%) и сочли, что это очень удобный биомаркер [8]. Исследования на животных и некоторых приматах не выявили побочных эффектов. Итак, краткосрочное ингибирование miR-122 было признано безопасным [8].

«Миравирсен». Клинические исследования

В 2010 году канадская фармацевтическая компания Santaris Pharma A/S приступила к клиническим испытаниям на пациентах, инфицированных гепатитом С. По данным от мая 2013 года «Миравирсен»™ находится на стадии IIa клинических испытаний. Уже известно, что у четырех из девяти пациентов после курса инъекций «Миравирсена» РНК вируса в крови не обнаруживалась (рис. 6); серьезных побочных эффектов при этом не выявлено [11]. Предполагается, что препарат будет необходимо принимать раз в несколько недель [8].

По оценкам маркетологов, цена лекарства будет доступной благодаря простоте LNA-технологий. С их помощью можно синтезировать вещество в больших количествах и дешево. К 2018 году ожидается настоящая сенсация, когда «Миравирсен»™ появится на полках аптек.

Литература

1. Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum, Victor Ambros. (1993). The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 75, 843-854;
2. Bruce Wightman, Ilho Ha, Gary Ruvkun. (1993). Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell. 75, 855-862;
3. «МикроРНК (miRNA) lin-4 и микроРНК let-7». Humbio;
4. A. Kozomara, S. Griffiths-Jones. (2011). miRBase: integrating microRNA annotation and deep-sequencing data. Nucleic Acids Research. 39, D152-D157;
5. Обо всех РНК на свете, больших и малых;
6. Ravindra Kumar, Sanjay K. Singh, Alexei A. Koshkin, Vivek K. Rajwanshi, Michael Meldgaard, Jesper Wengel. (1998). The first analogues of LNA (Locked Nucleic Acids): Phosphorothioate-LNA and 2′-thio-LNA. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 8, 2219-2222;
7. Ulf Andersson Ørom, Sakari Kauppinen, Anders H. Lund. (2006). LNA-modified oligonucleotides mediate specific inhibition of microRNA function. Gene. 372, 137-141;
8. Harry L.A. Janssen, Hendrik W. Reesink, Eric J. Lawitz, Stefan Zeuzem, Maribel Rodriguez-Torres, et. al.. (2013). Treatment of HCV Infection by Targeting MicroRNA. N Engl J Med. 368, 1685-1694;
9. Элементы: «Есть ли у нас шансы на победу над гепатитом C?»;
10. Morten Lindow, Sakari Kauppinen. (2012). Discovering the first microRNA-targeted drug. J Cell Biol. 199, 407-412;
11. . (2013). Miravirsen works against hepatitis C virus. BMJ. 346, f2069-f2069;
12. C. L. Jopling. (2005). Modulation of Hepatitis C Virus RNA Abundance by a Liver-Specific MicroRNA. Science. 309, 1577-1581;
13. «Гепатит С: информационный бюллетень». (2018). ВОЗ;
14. Кайдашев И.П. (2008). Перспективы изучения и применения микроРНК в иммунологии и аллергологии. «Клиническая иммунология. Аллергология. Инфектология». 7–8.