Small Interfering RNA (siRNA)-Medikamente sind eine Klasse von Therapeutika, die bestimmte Gene stilllegen, die mit Erbkrankheiten in Zusammenhang stehen. Allerdings sind siRNA-Medikamente mit Herausforderungen verbunden, da siRNAs häufig andere Gene als die Zielgene stilllegen, was zu Nebenwirkungen führt.
Mithilfe von Formamid gelang es einer Gruppe der Universität Nagoya in Japan, siRNA chemisch zu verändern, um das Risiko dieser unerwünschten Effekte zu verringern und so die Sicherheit von siRNA-Medikamenten für die Gentherapie zu verbessern. Die Ergebnisse waren veröffentlicht In Nukleinsäureforschung.
siRNAs sind kurze, doppelsträngige RNAs. siRNAs interagieren mit der Boten-RNA (mRNA) des Ziels, der Bauanleitung von Proteinen, und verhindern so deren Expression. Durch die Unterdrückung der Produkte schädlicher Gene, wie krankheitsverursachender Proteine, sind siRNAs eine potenzielle Behandlungsmethode für eine Reihe genetischer Erkrankungen.
Das therapeutische Potenzial von siRNA wird jedoch durch unerwünschte Effekte eingeschränkt, die auftreten, wenn die siRNAs mit nicht zielgerichteten mRNA-Strängen interagieren. Diese unbeabsichtigten Interaktionen können zu schädlichen Veränderungen wichtiger Gene führen, zelluläre Prozesse stören und die Immunantwort beeinträchtigen.
Eine wesentliche Ursache dieser Off-Target-Effekte ist eine sieben Nukleotide umfassende Region, die sogenannte Seed-Region, die sich im Leitstrang der siRNA befindet und für die Zielerkennung entscheidend ist. Off-Target-Effekte treten häufig auf, weil die Seed-Region-Sequenz Basenpaare mit Nicht-Ziel-mRNA-Strängen bildet.
„Der Off-Target-Effekt tritt wahrscheinlich auf, wenn es nicht-zielgerichtete mRNAs gibt, die Basenpaare mit der Seed-Region der siRNA bilden“, erklärte Professor Hiroshi Abe. „Wir haben festgestellt, dass der Off-Target-Effekt unterdrückt werden kann, indem man die Basenpaarungsfähigkeit oder die Doppelstrangstabilität in dieser Seed-Region durch chemische Modifikation reduziert und so sicherstellt, dass nur dann ein stabiler Komplex gebildet wird, wenn der gesamte Leitstrang an die Ziel-mRNA bindet.“
Um die siRNA in diesem wichtigen Bereich zu modifizieren, nutzte die Gruppe um Professor Abe und seinen Studenten Kohei Nomura eine Formamid-Modifikation. Formamid-Gruppen können die Bildung von Wasserstoffbrücken hemmen.
Bei mRNA sind Wasserstoffbrücken zwischen komplementären Basen für die Stabilität der Doppelhelix unerlässlich. Formamid stört diese Wasserstoffbrücken, was zur Destabilisierung der Helixstruktur der mRNA führt und eine Denaturierung oder Trennung der Stränge verursacht. Ohne Strangbildung ist die Bindung an die Seed-Region der siRNA schwierig, was das Risiko unerwünschter Effekte verringert.
„Mit dieser Modifikation konnten unerwünschte Effekte effizienter unterdrückt werden als mit bestehenden chemischen Modifikationen“, sagte Abe. „Die Einführung der Modifikation an einer einzigen Stelle erzielte den gewünschten Effekt und ermöglichte ein hochflexibles Sequenzdesign der siRNA.“
Chemisch modifizierte siRNAs, die diese Modifikation verwenden, werden voraussichtlich als siRNA-Medikamente mit weniger Nebenwirkungen eingesetzt. Nomura glaubt, dass die Forschung potenzielle Anwendungen als siRNA-Medikamente für Krankheiten wie hereditäre Transthyretin-Amyloidose, akute Leberporphyrie, primäre Hyperoxalurie Typ 1, primäre Hypercholesterinämie und gemischte Dyslipidämie bietet.
Weitere Informationen:
Kohei Nomura et al., Synthese von 2′-Formamidonukleosid-Phosphoramiditen zur Unterdrückung der samenbasierten Off-Target-Effekte von siRNAs, Nukleinsäureforschung (2024). DOI: 10.1093/nar/gkae741