RNAi - podstawowe narzędzie badawcze dla głównych graczy w branży opieki zdrowotnej

Wykorzystanie interferencji RNA (RNAi) jako podstawowego narzędzia badawczego do obniżenia ekspresji genów jest jednym z podstawowych elementów badań w naukach przyrodniczych. Stosuje się ją w wielu modelach komórkowych, głównie jako narzędzie do oceny zaangażowania określonych genów w układy biologiczne. Jednak dopiero niedawno technologia ta została z powodzeniem zaadaptowana dla ludzi w celu leczenia chorób.

RNAi - odkrycie i narzędzie badań podstawowych

Odkrycie RNAi miało miejsce ponad 20 lat temu. Podczas gdy kilku badaczy było w stanie wykazać, że egzogennie wyrażone geny mogą hamować endogenną ekspresję genów o homologicznych sekwencjach, to Fire i Mello zilustrowali, jak dwuniciowe RNA (dsRNA) może specyficznie wyciszać ekspresję genów. Poddając C. elegans działaniu jednoniciowego RNA (ssRNA) lub dsRNA, stwierdzili, że dsRNA konsekwentnie bardziej skutecznie niż ssRNA obniżało poziom mRNA.¹ To właśnie ta elegancka seria eksperymentów sprawiła, że Fire i Mello otrzymali w 2006 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny^.2

W 2001 r., trzy lata po wstępnej charakterystyce, RNAi zostało po raz pierwszy opisane w komórkach ssaków przez Thomasa Tuschla przy użyciu egzogennych genów reporterowych z bratków morskich i ogników. W 2003 r. technologia ta została szybko zaadaptowana na zwierzęta, a małe interferujące RNA (siRNA) skierowane na gen Fas chroniły myszy przed zapaleniem wątroby, zwiększając przeżywalność z 0% - przy czym śmierć następowała w wyniku ostrej niewydolności wątroby - do 82%. Jako zapowiedź tego, co nastąpi, zauważono, że do 90% wstrzykniętych siRNA gromadzi się specyficznie w komórkach wątroby.¹

Jak działa siRNA

siRNA składa się z dwóch 21-bazowych nici oligonukleotydowych z 19 komplementarnymi zasadami i zwisem 2 nukleotydów na każdym 3ʹ końcu. Transfekcja siRNA powoduje ich akumulację w cytoplazmie, gdzie endoribonukleaza Dicer rozdziela dwuniciowe RNA, przy czym ta nić, która ma bardziej stabilny koniec 5ʹ, integruje się z aktywnym kompleksem wyciszającym RNA (RISC). Jednoniciowe RNA prowadzi RISC do znalezienia właściwego mRNA i pocięcia go za pomocą katalitycznej podjednostki RISC, Ago2^.1,2

Od czasu pierwszego odkrycia na PubMed opublikowano około 100 000 artykułów.¹ Wiele z nich wykorzystało siRNA bardziej jako narzędzie biologiczne do badań śledczych niż jako potencjalną terapię. Można go używać w wielu badaniach opartych na kulturach komórkowych do przejściowego obniżenia ekspresji genów, co pozwala naukowcom ocenić zaangażowanie określonych mRNA i białek w wybranym przez nich systemie. W oparciu o tę koncepcję rozwinęła się technologia in vitro, czyli małe spinki do włosów (shRNA), które składają się z 80 par zasad i regionu, który układa się w spinkę. Można je zintegrować z wektorami plazmidowymi w celu wygenerowania siRNA wewnątrz komórek, co pozwala badaczom na opracowanie modeli, które trwale obniżają ekspresję genów.

Pierwsza próba w klinice

Pierwszym badaniem klinicznym z zastosowaniem siRNA na ludziach nie było przełomowe ONPATTRO (patisiran) firmy Alnylam; było to siRNA przeciwko reduktazie rybonukleotydowej (RRM2), enzymowi wykorzystywanemu w metabolizmie kwasów nukleinowych, dostarczone za pomocą nanocząstek polimerowych w celu leczenia guzów litych.¹ W badaniu I fazy, zatytułowanym CALAA-1 (NCT00689065), pacjentom z nowotworami wstrzykiwano siRNA, a następnie wykonywano biopsje guzów i mierzono wchłanianie leku. Chociaż lek skutecznie gromadził się w komórkach nowotworowych i zmniejszał poziom RRM2 mRNA, badanie zostało przerwane ze względu na wysoką częstość występowania zdarzeń niepożądanych.³

Kilka lat później, w 2018 roku, ONPATTRO oficjalnie stało się pierwszą zatwierdzoną przez FDA terapią opartą na siRNA, która trafiła na rynek. Firma Alnylam włożyła 16 lat badań i 2,5 miliarda dolarów, aby w końcu uzyskać zatwierdzenie swojego leku dla pacjentów z dziedziczną amyloidozą transtyretynową (hATTR). Amyloidoza hATTR to choroba genetyczna, która objawia się symptomami wpływającymi zarówno na serce, jak i na układ nerwowy i jest spowodowana odkładaniem się źle uformowanych białek transtyretyny. Mutacje w genie TTR prowadzą do powstania źle uformowanego tetrameru TTR, który agreguje się w fibryle przylegające do nerwów i innych komórek, co ostatecznie prowadzi do śmierci pacjenta.¹ ONPATTRO, nieznacznie zmodyfikowane siRNA TTR dostarczane za pośrednictwem nanocząstek lipidowych składających się z DLin-MC3-DMA, przeszło wszystkie testy w badaniu III fazy APOLLO (NCT01960348), zmniejszając poziom białka TTR o 80% i znacząco poprawiając odruchy, siłę, czucie, przewodnictwo nerwowe, ciśnienie krwi w postawie oraz ogólną jakość życia pacjentów z amyloidozą hATTR.²

Nadchodzące terapie oparte na RNAi-

Firma Alnylam ma już na rynku inną terapię opartą na siRNA z udziałem siRNA syntazy aminolewulinowej 1 (ALAS1), GIVLAARI (givosiran), która została zatwierdzona do leczenia dorosłych z ostrą porfirią wątrobową. W przeciwieństwie do ONPATTRO, GIVLAARI wykorzystuje inną metodę dostarczania, opierając się na N-Acetylo-D-galaktozaminie (GalNAc) w celu przetransportowania siRNA do komórek wątroby za pośrednictwem receptora asialoglikoproteinowego i endocytozy z udziałem klatyny. Profil firmy Alnylam obejmuje również trwające badania kliniczne produktów przeznaczonych do leczenia hipercholesterolemii, pierwotnej hiperoksalurii, białkomoczu, hemoglobinurii, choroby wątroby typu alfa-1 oraz nadciśnienia, z których wiele wykorzystuje siRNA sprzężone z GalNAc.²

Coraz więcej firm opracowuje również własne terapie, takie jak Silence Therapeutics, Arbutus Biopharma, Dicerna Pharmaceuticals i Arrowhead Pharmaceuticals. Firmy te posiadają wiele terapii opartych na siRNA w fazie badań przedklinicznych i klinicznych, ale żadna z nich nie zakończyła jeszcze badania III fazy. Quark Pharmaceuticals odchodzi od stosowania siRNA w wątrobie na rzecz wykorzystania ich w leczeniu uszkodzeń nerek i chorób oczu. Dwie z tych firm, Silence Therapeutics i Arrowhead Pharmaceuticals, testują obecnie swoje związki w takich chorobach jak zespół mielodysplastyczny i rak nerkowokomórkowy^. Jedna z firm, Gradalis Inc, wykorzystuje nawet technologię siRNA do wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej na kilka rodzajów nowotworów, od mięsaka Ewinga i raka jelita grubego po raka piersi i płuc.

Pomimo ostatnich postępów, terapie siRNA wciąż mają przed sobą długą drogę. Po niedawnym sukcesie ONPATTRO i GIVLAARI firmy Alnylam, jest tylko kwestią czasu, kiedy na rynek trafi wiele innych leków opartych na RNAi. Możliwe, że do terapii opartych na RNAi zostaną zastosowane nowe technologie, takie jak koniugaty przeciwciał z RNA lub egzosomy wykorzystywane jako nośniki, które mogą prowadzić do bardziej efektywnego dostarczania leków.⁴

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokowydajnych, specjalistycznych etykietoraz dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych, a także w placówkach służby zdrowia.

Referencje:

1. Saw PE, Song EW. Terapeutyki siRNA: rzeczywistość kliniczna. Sci China Life Sci. 2019:1-16.
2. Hu B, Weng Y, Xia XH, Liang X jie, Huang Y. Clinical advances of siRNA therapeutics. J Gene Med. 2019;21(7):1-14.
3. Zuckerman JE, Davis ME. Clinical experiences with systemically administered siRNA-based therapeutics in cancer. Nat Rev Drug Discov. 2015;14(12):843-856.
4. Setten RL, Rossi JJ, Han S ping. The current state and future directions of RNAi-based therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 2019;18(6):421-446.