Регуляция экспрессии целевых генов как прорывное направление в лечении сердечно-сосудистых за6олеваний: в фокусе РНК-терапия
Аннотация
Недавние достижения в области получения, очистки и клеточной доставки PНК в организм пациента позволили разработать терапевтические средства на основе PНК для лечения широкого спектра заболеваний, в том числе и сердечно-сосудистых. PНК-терапия представляет собой новое, быстро развивающееся направление медицины, которое использует в качестве терапевтического средства различные молекулы PНК. Эти препараты экономически эффективны, относительно просты в производстве и могут воздействовать на ранее не поддающиеся медикаментозному лечению патологические процессы. B настоящее время все PНК-препараты подразделены на 5 групп и включают: антисмысловые олигонуклеотиды (ACO) — antisense oligonucleotides (ASO); малые интерферирующие PНК (сиPНК) — small interfering RNAs (siRNAs); микроPНК (миPНК) — microRNAs (miRNAs); PНК-аптамеры (RNA aptamers) и мPНК (mRNAs). PНК-терапевтические препараты предназначены для регуляции активности генов и, в зависимости от избранной стратегии, могут заменять, дополнять, исправлять, подавлять или устранять экспрессию целевого гена. B данном мини-обзоре рассматриваются проблемы и преимущества, связанные с использованием препаратов на основе PНК, различные подходы к их доставке в клетки пациента, а также механизмы действия отдельных PНК-препаратов. Кроме того, приведены сведения об эффективности некоторых препаратов на основе PНК, которые в настоящее время проходят клинические испытания или уже получили одобрение регулирующих органов.
Об авторах
K. А. AйтбaeвКыргызстан
Бишкек
И. T. Муркaмилов
Кыргызстан
Myркамилов Илхом Tоробекович — к. м. н., и. о. доцента, врач-нефролог, председатель правления общества специалистов по хронической болезни почек.
Ул. Aхyнбаева, 92, 720020, Бишкек
Cл. тел.: +996 55 722-19-83
В. В. Фомин
Россия
Mосква
З. Ф. Юсуповa
Кыргызстан
Ош
T. Ф. Юсуповa
Кыргызстан
Ош
Ф. А. Юсупов
Кыргызстан
Ош
Список литературы
1. Cardiovascular diseases (CVDs). Available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cardiovascular-diseases-(cvds).
2. Yancy Clyde W., Jessup M., Bozkurt B. et al. ACC/AHA/ HESA focuced update of the 2013 ACCF/AHA Guideline for the Management of Heart Failure. J. Am. Coll. Cardiol. 2017; 70: 776—803.
3. Gupta S. K., Foinquinos A., Thum S. et al. Preclinical development of a microRNA — based therapy for elderly patients with myocardial infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 2016; 68: 1557—71.
4. Ellington A. D., Szostak J. W. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature. 1990; 346 (6287): 818—22. Available at: https://doi.org/10.1038/346818a0.
5. Tuerk C., Gold L. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase. Science. 1990; 249 (4968): 505—10. Available at: https://doi.org/10.1126/science.2200121.
6. Wolff J. A., Malone R. W., Williams P. et al. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo. Science. 1990; 247 (4949 Pt. 1): 1465—8. Available at: https://doi.org/10.1126/science.1690918.
7. Jirikowski G. F., Sanna P. P., Maciejewski-Lenoir D., Bloom F. E. Reversal of diabetes insipidus in Brattleboro rats: intrahypothalamic injection of vasopressin mRNA. Science. 1992; 255 (5047): 996—8. Available at: doi:10.1126/science.1546298.
8. Damase T. R., Sukhovershin R., Boada C. et al. The limitless future of RNA therapeutics. Front Bioeng Biotechnol. 2021; 9: 628137. Available at: https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.628137.
9. Kulkarni J. A., Witzigmann D., Thomson S. B. et al. The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat. Nanotechnol. 2021; 16 (6): 630—43. Available at: https://doi.org/10.1038/s41565-021-00898-0.
10. Kariko K., Buckstein M., Ni H., Weissman D. Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA. Immunity. 2005; 23 (2): 165—75. Available at: doi:10.1016/j.immuni.2005.06.008.
11. Sahin U., Kariko K., Tureci O. mRNA-based therapeutics — developing a new class of drugs. Nat. Rev. Drug. Discov. 2014; 13(10): 759—80. Available at: https://doi.org/10.1038/nrd4278.
12. Polack F. P., Thomas S. J., Kitchin N. et al. Safety and efficacy of the BNT162b2 mRNA COVID-19 vaccine. N. Engl. J. Med. 2020; 383(27): 2603—15. Available at: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577.
13. Baden L. R., El Sahly H. M., Essink B. et al. Efficacy and safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 vaccine. N. Engl. J. Med. 2021; 384 (5): 403—16. Available at: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2035389.
14. Crooke S. T., Baker B. F., Crooke R. M., Liang X. H. Antisense technology: an overview and prospectus. Nat. Rev. Drug. Discov. 2021; 20 (6): 427—53. Available at: https://doi.org/10.1038/s41573-021-00162-z.
15. Crooke S. T., Liang X. H., Baker B. F., Crooke R. M. Antisense technology: a review. J. Biol. Chem. 2021; 296: 100416. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.100416.
16. Baker B. F., Lot S. S., Condon T. P. et al. 22-O-(2-Methoxy)ethyl-modified anti-intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) oligonucleotides selectively increase the ICAM-1 mRNA level and inhibit formation of the ICAM-1 translation initiation complex in human umbilical vein endothelial cells. J. Biol. Chem. 1997; 272 (18): 11994—2000. Available at: https://doi.org/10.1074/jbc.272.18.11994.
17. Hua Y., Vickers T. A., Baker B. F. et al. Enhancement of SMN2 exon 7 inclusion by antisense oligonucleotides targeting the exon. PLoS Biol. 2007; 5(4): e73. Available at: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0050073.
18. Minshull J., Hunt T. The use of single-stranded DNA and RNase H to promote quantitative ‘hybrid arrest of translation´ of mRNA/DNA hybrids in reticulocyte lysate cell-free translations. Nucleic. Acids Res. 1986; 14 (16): 6433—51. Available at: https://doi.org/10.1093/nar/14.16.6433.
19. Roberts T. C., Langer R., Wood M. J. A. Advances in oligonucleotide drug delivery. Nat. Rev. Drug Discov. 2020; 19 (10): 673—94. Available at: https://doi.org/10.1038/s41573-020-0075-7.
20. Goodchild J., Kim B., Zamecnik P. C. The clearance and degradation of oligodeoxynucleotides following intravenous injection into rabbits. Antisense Res. Dev. 1991; 1 (2): 153—60. Available at: https://doi.org/10.1089/ard.1991.1.153.
21. Crooke S. T., Seth P. P., Vickers T. A., Liang X. H. The interaction of phosphorothioate-containing RNA targeted drugs with proteins is a critical determinant of the therapeutic effects of these agents. J. Am. Chem. Soc. 2020; 142 (35): 14754—71. Available at: https://doi.org/10.1021/jacs.0c04928.
22. Tavori H., Christian D., Minnier J. et al. PCSK9 association with lipoprotein(a). Circ. Res. 2016; 119 (1): 29—35. Available at: https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.308811.
23. Lim G. B. Dyslipidaemia: ANGPTL3: a therapeutic target for atherosclerosis. Nat. Rev. Cardiol. 2017; 14 (7): 381. Available at: https://doi.org/10.1038/nrcardio.2017.91.
24. Tsimikas S. A test in context: lipoprotein(a): diagnosis, prognosis, controversies, and emerging therapies. J. Am. Col.l Cardiol. 2017; 69(6): 692—711. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jacc.2016.11.042.
25. Raal F. J., Santos R. D., Blom D. J. et al. Mipomersen, an apolipoprotein B synthesis inhibitor, for lowering of LDL cholesterol concentrations in patients with homozygous familial hypercholesterolaemia: a randomised, double-blind, placebo-controlled trial. Lancet. 2010; 375 (9719): 998— 1006. Available at: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)60284-X.
26. Geary R. S., Baker B. F., Crooke S. T. Clinical and preclinical pharmacokinetics and pharmacodynamics of mipomersen (kynamro ((R)): a second-generation antisense oligonucleotide inhibitor of apolipoprotein B. Clin. Pharmacokinet. 2015; 54 (2): 133—46. Available at: https://doi.org/10.1007/s40262-014-0224-4.
27. Kastelein J. J., Wedel M. K., Baker B. F. et al. Potent reduction of apolipoprotein B and low-density lipoprotein cholesterol by short-term administration of an antisense inhibitor of apolipoprotein B. Circulation. 2006; 114 (16): 1729—35. Available at: https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.105.606442.
28. Laina A., Gatsiou A., Georgiopoulos G. et al. RNA therapeutics in cardiovascular precision medicine. Front Physiol. 2018; 9: 953. Available at: https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00953.
29. Thomas G. S., Cromwell W. C., Ali S. et al. Mipomersen, an apolipoprotein B synthesis inhibitor, reduces atherogenic lipoproteins in patients with severe hypercholesterolemia at high cardiovascular risk: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. J. Am. Coll. Cardiol. 2013; 62 (23): 2178—84. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jacc.2013.07.081.
30. Swayze E. E., Siwkowski A. M., Wancewicz E. V. et al. Antisense oligonucleotides containing locked nucleic acid improve potency but cause significant hepatotoxicity in animals. Nucleic. Acids Res. 2007; 35 (2): 687—700. Available at: https://doi.org/10.1093/nar/gkl1071.
31. Visser M. E., Wagener G., Baker B. F. et al. Mipomersen, an apolipoprotein B synthesis inhibitor, lowers low-density lipoprotein cholesterol in high-risk statin-intolerant patients: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Eur. Heart J. 2012; 33 (9): 1142—9. Available at: https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehs023.
32. Duell P. B., Santos R. D., Kirwan B. A. et al. Long-term mipomersen treatment is associated with a reduction in cardiovascular events in patients with familial hypercholesterolemia. J. Clin. Lipidol. 2016; 10 (4): 1011—21. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jacl.2016.04.013.
33. Fogacci F., Ferri N., Toth P. P. et al. Efficacy and safety of mipomersen: a systematic review and meta-analysis of randomized clinical trials. Drugs. 2019; 79 (7): 751—66. Available at: https://doi.org/10.1007/s40265-019-01114-z.
34. Ioanna Gouni-Berthold, Alexander V. J., Yang Q. et al. Efficacy and safety of volanesorsen in patients with multifactorial chylomicronaemia (COMPASS): a multicentre, double-blind, randomised, placebo-controlled, phase 3 trial. Lancet Diabet Endocrinol. 2021; 9 (5): 264—75. Available at: https://doi.org/10.1016/S2213-8587(21)00046-2.
35. Crooke S. T., Witztum J. L., Bennett C. F., Baker B. F. RNA-targeted therapeutics. Cell. Metab. 2019; 29(2): 501. Available at: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2019.01.001.
36. Witztum J. L., Gaudet D., Freedman S. D. et al. Volanesorsen and triglyceride levels in familial chylomicronemia syndrome. N. Engl. J. Med. 2019; 381 (6): 531—42. Available at: https://doi.org/10.1056/NEJMoa1715944.
37. Gaudet D., Digenio A., Alexander V. et al. The approach study: a randomized, double-blind, placebo-controlled, phase 3 study of volanesorsen administered subcutaneously to patients with familial chylomicronemia syndrome (FCS). Atherosclerosis. 2017; 263: e10-e. Available at: https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2017.06.059.
38. Tremblay K., Brisson D., Gaudet D. Natural history and gene expression signature of platelet count in lipoprotein lipase deficiency. Atherosclerosis. 2017; 263: e100. Available at: https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2017.06.325.
39. Paik J., Duggan S. Volanesorsen: first global approval. Drugs. 2019; 79 (12): 1349—54. Available at: https://doi.org/10.1007/s40265-019-01168-z.
40. Nusinersen (Spinraza) for spinal muscular atrophy. Med. Lett. Drugs. Ther. 2017; 59 (1517): 50—2.
41. Golodirsen (Vyondys 53) for Duchenne muscular dystrophy. Med. Lett. Drugs. Ther. 2020; 62 (1603): 119—20.
42. Keam S. J. Inotersen: first global approval. Drugs. 2018; 78 (13): 1371—6. Available at: https://doi.org/10.1007/s40265-018-0968-5.
43. Benson M. D. Inotersen treatment for ATTR amyloidosis. Amyloid. 2019; 26 (Sup1.): 27—8. Available at: https://doi.org/10.1080/13506129.2019.1582497.
44. Elbashir S. M., Harborth J., Lendeckel W. et al. Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells. Nature. 2001; 411 (6836): 494—8. Available at: https://doi.org/10.1038/35078107.
45. Valencia-Sanchez M. A., Liu J., Hannon G. J., Parker R. Control of translation and mRNA degradation by miRNAs and siRNAs. Genes Dev. 2006; 20 (5): 515—24. Available at: https://doi.org/10.1101/gad.1399806.
46. Lam J. K., Chow M. Y., Zhang Y., Leung S. W. siRNA versus miRNA as therapeutics for gene silencing. Mol. Ther Nucleic. Acids. 2015; 4: e252. Available at: https://doi.org/10.1038/mtna.2015.23.
47. Huntzinger E., Izaurralde E. Gene silencing by microRNAs: contributions of translational repression and mRNA decay. Nat. Rev. Genet. 2011; 12 (2): 99—110. Available at: https://doi.org/10.1038/nrg2936.
48. Zhang H., Kolb F. A., Jaskiewicz L. et al. Single processing center models for human Dicer and bacterial RNase III. Cell. 2004; 118 (1): 57—68. Available at: https://doi.org/10.1016/j.cell.2004.06.017.
49. Bernstein E., Caudy A. A., Hammond S. M., Hannon G. J. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature. 2001; 409 (6818): 363—6. Available at: https://doi.org/10.1038/35053110.
50. Scherer L. J., Rossi J. J. Approaches for the sequence-specific knockdown of mRNA. Nat. Biotechnol. 2003; 21 (12): 1457—65. Available at: https://doi.org/10.1038/nbt915.
51. Meister G., Landthaler M., Patkaniowska A. et al. Human Argonaute2 mediates RNA cleavage targeted by miRNAs and siRNAs. Mol Cell. 2004; 15 (2): 185—97. Available at: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2004.07.007.
52. Lamb Y. N. Inclisiran: first approval. Drugs. 2021; 81 (3): 389—95. Available at: https://doi.org/10.1007/s40265-021-01473-6.
53. Administration USFDA. FDA approves add-on therapy to lower cholesterol among certain high-risk adults. FDA Archive. 2021. Available at: doi:https://www.fda.gov/drugs/news-events-human-drugs/fda-approves-add-therapy-lower-cholesterol-among-certain-high-risk-adults.
54. Nair J. K., Willoughby J. L., Chan A. et al. Multivalent N-acetylgalactosamine-conjugated siRNA localizes in hepatocytes and elicits robust RNAi-mediated gene silencing. J. Am. Chem. Soc. 2014; 136 (49): 16958—61. Available at: https://doi.org/10.1021/ja505986a.
55. Raal F. J., Kallend D., Ray K. K. et al. Inclisiran for the treatment of heterozygous familial hypercholesterolemia. N. Engl. J. Med. 2020; 382 (16): 1520—30. Available at: https://doi.org/10.1056/NEJMoa1913805.
56. Rupaimoole R., Slack F. J. MicroRNA therapeutics: towards a new era for the management of cancer and other diseases. Nat. Rev. Drug. Discov. 2017; 16 (3): 203—22. Available at: https://doi.org/10.1038/nrd.2016.246.
57. Treiber T., Treiber N., Meister G. Regulation of microRNA biogenesis and its crosstalk with other cellular pathways. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2019; 20 (1): 5—20. Available at: https://doi.org/10.1038/s41580-018-0059-1.
58. O´Brien J., Hayder H., Zayed Y., Peng C. Overview of microRNA biogenesis, mechanisms of actions, and circulation. Front Endocrinol (Lausanne). 2018; 9: 402. Available at: https://doi.org/10.3389/fendo.2018.00402.
59. Vasudevan S. Posttranscriptional upregulation by microRNAs. Wiley Interdiscip Rev RNA. 2012; 3 (3): 311—30. Available at: https://doi.org/10.1002/wrna.121.
60. Winkle M., El-Daly S. M., Fabbri M., Calin G. A. Noncoding RNA therapeutics — challenges and potential solutions. Nat. Rev. Drug. Discov. 2021; 20 (8): 629—51. Available at: https://doi.org/10.1038/s41573-021-00219-z.
61. Krutzfeldt J., Rajewsky N., Braich R. et al. Silencing of microRNAs in vivo with ‘antagomirs´. Nature. 2005; 438 (7068): 685—9. Available at: https://doi.org/10.1038/nature04303.
62. Orom U. A., Kauppinen S., Lund A. H. LNA-modified oligonucleotides mediate specific inhibition of microRNA function. Gene. 2006; 372: 137—41. Available at: https://doi.org/10.1016/j.gene.2005.12.031.
63. Li Z., Rana T. M. Therapeutic targeting of microRNAs: current status and future challenges. Nat. Rev. Drug. Discov. 2014; 13(8): 622—38. Available at: https://doi.org/10.1038/nrd4359.
64. Bader A. G., Brown D., Stoudemire J., Lammers P. Developing therapeutic microRNAs for cancer. Gene Ther. 2011; 18 (12): 1121—6. Available at: https://doi.org/10.1038/gt.2011.79.
65. Zhou L. Y., Qin Z., Zhu Y. H. et al. Current RNA-based therapeutics in clinical trials. Curr. Gene Ther. 2019; 19 (3): 172—96. Available at: https://doi.org/10.2174/1566523219666190719100526.
66. Zhou J., Bobbin M. L., Burnett J. C., Rossi J. J. Current progress of RNA aptamer-based therapeutics. Front Genet. 2012; 3: 234. Available at: https://doi.org/10.3389/fgene.2012.00234.
67. Talap J., Zhao J., Shen M. et al. Recent advances in therapeutic nucleic acids and their analytical methods. J. Pharm. Biomed. Anal. 2021; 206: 114368. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jpba.2021.114368.
68. Keefe A. D., Pai S., Ellington A. Aptamers as therapeutics. Nat. Rev. Drug Discov. 2010; 9 (7): 537—50. Available at: https://doi.org/10.1038/nrd3141.
69. Vinores S. A. Pegaptanib in the treatment of wet, age-related macular degeneration. Int. J. Nanomedicine. 2006; 1 (3): 263—8.
70. Odeh F., Nsairat H., Alshaer W. et al. Aptamers chemistry: chemical modifications and conjugation strategies. Molecules. 2019; 25 (1). Available at: https://doi.org/10.3390/molecules25010003.
71. Kovacevic K. D., Greisenegger S., Langer A. et al. The aptamer BT200 blocks von Willebrand factor and platelet function in blood of stroke patients. Sci. Rep. 2021; 11 (1): 3092. Available at: https://doi.org/10.1038/s41598-021-82747-7.
72. Zangi L., Lui K. O., von Gise A. et al. Modified mRNA directs the fate of heart progenitor cells and induces vascular regeneration after myocardial infarction. Nat. Biotechnol. 2013; 31 (10): 898—907. Available at: https://doi.org/10.1038/nbt.2682.
73. Zimmermann O., Homann J. M., Bangert A. et al. Successful use of mRNA-nucleofection for overexpression of interleukin-10 in murine monocytes/macrophages for anti-inflammatory therapy in a murine model of autoimmune myocarditis. J. Am. Heart. Assoc. 2012; 1 (6): e003293. Available at: https://doi.org/10.1161/JAHA.112.003293.
74. Gan L. M., Lagerstrom-Fermer M., Carlsson L. G. et al.: Intradermal delivery of modified mRNA encoding VEGF-A in patients with type 2 diabetes. Nat. Commun. 2019. Available at: https://doi.org/10.1038/s41467-019-08852-4.
75. Anttila V., Saraste A., Knuuti J. et al. Synthetic mRNA Encoding VEGF-A in Patients Undergoing Coronary Artery Bypass Grafting: Design of a Phase 2a Clinical Trial. Mol. Ther — Methods Clin. Dev. 2020. Available at: https://doi.org/10.1016/j.omtm.2020.05.030.
76. Collen A., Bergenhem N., Carlsson L. et al. VEGFA in RNA for regenerative treatment of heart failure. Nat. Rev. Drug Discovery. 2022; 21: 79—80. Available at: https://doi.org/10.1038/s41573-021-00355-6.
Рецензия
Для цитирования:
Aйтбaeв K.А., Муркaмилов И.T., Фомин В.В., Юсуповa З.Ф., Юсуповa T.Ф., Юсупов Ф.А. Регуляция экспрессии целевых генов как прорывное направление в лечении сердечно-сосудистых за6олеваний: в фокусе РНК-терапия. Здравоохранение. 2024;(1):34-43.
For citation:
Aitbaev K.A., Murkamilov I.T., Fomin V.V., Yusupova Z.F., Yusupova T.F., Yusupov F.A. Regulation of target gene expression as a breakthrough direction in treatment of cardiovascular diseases: focus on RNA therapy. Healthcare. 2024;(1):34-43. (In Russ.)