Рис. 1. Одна из форм микроРНК — miR-155 — при помощи комплементарных участков связывается с 3’-концом мРНК человеческого гена SPI1.
Разработан метод эффективной адресной доставки анти-микроРНК в клетки злокачественной опухоли. Доставку обеспечивает синтетический пептид, способный образовывать в опухолях альфа-спираль, которая встраивается в мембрану клетки и вводит в цитоплазму, присоединенную к пептиду анти-микроРНК. На модельных мышах показано, что подавление с помощью этого метода микроРНК mir-155, которая необходима для возникновения и поддержания злокачественной лимфомы, дает выраженный положительный терапевтический эффект.
МикроРНК (miRNA) — это короткие (18–25 нуклеотидов) некодирующие РНК, синтезирующиеся в различных тканях. Они подавляют экспрессию соответствующих генов-мишеней, связываясь с последовательностями нуклеотидов комплементарных мРНК и ингибируя их трансляцию (рис. 1). МикроРНК участвуют в регуляции многих биологических процессов, а при ряде заболеваний происходит нарушение экспрессии микроРНК. В частности, известен особый набор микроРНК, усиленно экспрессирующихся в раковых клетках, — oncomiR. Они необходимы для формирования и поддержания неоплазий. Поэтому можно попытаться бороться с раком, блокируя oncomiR.
Такой подход к противораковой терапии — блокирование oncomiR при помощи комплементарных олигомеров (анти-микроРНК, antimiR) — был предложен в 2011 году. Но эффективность подобных antimiR-технологий ограничивается существованием множества физиологических и клеточных барьеров, которые разрушают анти-микроРНК и затрудняют их проникновение в клетки-мишени.
Чтобы преодолеть эти барьеры и обеспечить эффективную доставку ингибиторов oncomiR в опухолевые клетки, группа исследователей под руководством Фрэнка Слэка из Йельского университета разработала метод, позволяющий предотвращать деградацию анти-микроРНК в организме и осуществлять достаточно строгую адресную доставку их в клетки опухоли. Ученые сконструировали вектор, содержащий анти-микроРНК, соединенный с синтетическим пептидом pHLIP (pH low insertion peptide), обеспечивающим проникновение в клетку при низком pH (рис. 2).
Рис. 2. Аминокислотная последовательность одного из pHLIP-пептидов
При локальном закислении (pH ниже 7) — хорошо известном свойстве многих опухолей — pHLIP образует специфическую структуру, альфа-спираль, которая встраивается в мембрану клетки и вводит прикрепленное к pHLIP соединение в цитоплазму.
Рис. 3. Строение пептидо-нуклеиновой кислоты. Ее «скелет» образован полимером N-(2-аминоэтил)-глицина.
Другой примечательной особенностью нового метода является применение в качестве анти-микроРНК синтетического неприродного полимера — пептидо-нуклеиновой кислоты (ПНК, рис. 3).
В отличие от природных нуклеиновых кислот РНК и ДНК, костяк которых составляют соответственно рибоза и дезоксирибоза, связанные фосфодиэфирными связями, скелет ПНК образован полимером аминокислоты N-(2-аминоэтил)-глицина. ПНК в организме намного более стабильны, чем РНК и ДНК, они более прочно, чем РНК и ДНК, связываются с природными нуклеиновыми кислотами.
Хотя в настоящее время ПНК не обнаружены в составе живых организмов, входящий в их состав N-(2-аминоэтил)-глицин синтезируется современными цианобактериями. Поэтому существует гипотеза, предполагающая, что на ранних стадиях эволюции именно ПНК служили генетическим материалом.
Анти-микроРНК ПНК соединена с pHLIP дисульфидной связью, которая разрывается в цитоплазме (рис. 4). В качестве мишени для аntimiR была выбрана одна из наиболее изученных микроРНК, miR-155. МiR-155 может взаимодействовать с мРНК более 4000 генов, подавляя их экспрессию. Она участвует во многих биологических процессах, в том числе и в гемопоэзе. Показано, что в ряде злокачественных опухолей происходит увеличение количества miR-155. Усиленная экспрессия miR-155 у модельных мышей вызывает злокачественную лимфому. Это заболевание оказалось зависимым от miR-155, и выключение ее гена приводит к быстрой регрессии опухолей.
Рис. 4. Схема доставки antimiR-155 в клетку с помощью pHLIP. 1 — при рН ниже 7 pHLIP образует альфа-спираль, которая встраивается в мембрану клетки, обеспечивая проникновение связанной с С-концом pHLIP-antimiR-155. 2 — дисульфидная связь между pHLIP и antimiR-155 расщепляется в цитозоле. 3 — свободная antimiR-155 связывается с miR-155 и подавляет ее активность.
В рассматриваемой работе терапевтический эффект pHLIP-antimiR-155 исследовали на двух моделях: на мышах, у которых усиленно экспрессировался ген miR-155, в результате чего у них развивалась злокачественная лимфома, и на мышах, которым лимфому прививали подкожно. Внутривенное ведение pHLIP-antimiR-155 существенно замедляло рост подкожных опухолей, развитие общей лимфаденопатии, а также продляло выживаемость экспериментальных животных. Кроме того, такая терапия подавляла формирование метастаз. Особо примечательно то, что терапия pHLIP-antimiR-155 не давала многих нежелательных побочных эффектов, наблюдавшихся при традиционной терапии лимфом.
Таким образом, разработанный метод позволяет эффективно лечить экспериментальных мышей от злокачественной лимфомы при отсутствии видимых нежелательных побочных осложнений. Полученные результаты, возможно, позволят приблизить применение анти-микроРНК в клинической практике.
Участие микроРНК в образовании и развитии злокачественных опухолей уже показано для многих типов рака. Технология pHLIP-antimiR представляется избирательно применимой против любой из микроРНК. Эта технология может оказаться эффективной и для лечения других связанных с локальным закислением тканей заболеваний: ишемической болезни, инфаркта миокарда, инсульта, травм, очагов воспаления различной природы.
Источник: ЭЛЕМЕНТЫ БОЛЬШОЙ НАУКИ
