RNA bazlı terapötik stratejiler, adaptör proteinler veya transkripsiyon faktörleri olarak sürdürülmesi zor olan geleneksel protein bazlı terapilere bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Bu tip protein molekülleri, mRNA seviyelerini veya proteinlerin translasyonunu modüle ederek düzenlenebilir. Oligonükleotid bazlı terapötiklerin birincil odak noktası, geleneksel olarak erişilebilir farmakolojik stratejilerin ötesinde geniş bir potansiyel hedef aralığı sağlayan gen susturma veya aktivasyonu ve ekleme modülasyonunu içerir. Bu yöntemler evrensel Watson-Crick tamamlayıcılık temel eşleştirme kuralını izler, böylece farklı varsayılan hedef dizilerinin doğrudan sorgulanmasını sağlar. Bu nedenle, hedef genin birincil dizisi mevcutsa, spesifik uçları rasyonelleştirmek, tasarlamak ve taramak kolaydır. İstenilen fonksiyonları elde etmek için, antisens oligonükleotidler, RNA interferans molekülleri ve mRNA transkriptleri dâhil olmak üzere farklı oligonükleotid bazlı platformlar geliştirilmiştir.
Antisens Oligonükleotidler
Antisens oligonükleotidler (ASO’lar), çeşitli kimyasallara sahip nükleik asitlerin ~ 18-30 nükleotid uzunluğunda, tek sarmallı, sentetik polimerleridir. ASO’lar, tamamlayıcı baz eşleşmesine dayalı mRNA’ları hedefleyen, gen ekspresyonu ve düzenlemesinin farklı yönlerine müdahale eden küçük moleküllü ilaçlardır. Bu nükleotid sekansları, farklı mekanizmalar yoluyla DNA’nın çözülmesine, transkripsiyonuna, mRNA eklenmesine, gen ekspresyonuna ve hedef genlerin translasyonel profiline müdahale edebilir. ASO’lar eylem mekanizmalarına bağlı olarak iki alt kategoriye ayrılabilir ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• RNA bölünmesini ve degradasyonunu teşvik ederek etki eder,
• Sadece doluluk aracılı regülasyonu, bazen de sterik blok olarak adlandırılır.
Hibridizasyon sonrası olaylara dayalı olarak, antisens oligonükleotidler, iki farklı mekanizma yoluyla hedef genin ekspresyonunu modüle edebilir. Antisens oligonükleotid aracılı gen susturma için farklı etki mekanizmaları vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Yalnızca doluluk mekanizmaları,
• RNA bozunma mekanizmaları,
Yalnızca doluluk mekanizmalarında, ASO’ların hedef RNA’larla bağlanması, RNA degradasyonu ile sonuçlanmaz. Gen ekspresyonunu çeşitli şekillerde modüle eder ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Ekson atlama veya ekson dahil etme gerçekleştirmek için ekleme anahtarı ASO’larını kullanarak ekleme modülasyonu
• MRNA poliadenilasyonunun inhibisyonu,
• MRNA ile baz çifti oluşturan DNA benzeri olmayan ASO’lar aracılığıyla translasyon modülasyonu, örneğin sterik bloklar gibi translasyonu inhibe etmek veya yukarı akış açık okuma çerçeveleri (uORF) gibi inhibe edici öğelere bağlanarak translasyonu etkinleştirmek içindir.
MiRNA ile ilgili fonksiyonun inhibisyonu için, bu ASO’lar ayrıca miRNA’yı miRNA (anti-miR’ler) ile baz eşleştirerek veya belirli bir miRNA’nın etkisini geçersiz kılmak için hedef mRNA üzerinde miRNA’ya duyarlı öğeleri (MRE) işgal ederek modüle edebilir. Öte yandan, RNA bozunma yolaklarındaki ASO’lar, hedef mRNA klevajını ya RNaz H1 veya siRNA aracılı AGO2 RISC kompleksi ve ribozimlerin aracılık ettiği bölünme ile tetikler. ASO’ların hedef RNA’ya bağlanması, hedefi ASO bağlanma sahasında böler, hedef RNA’nın degradasyonunu kolaylaştırır ve böylece gen ekspresyonunu düşürür. Bu, aşırı ekspresyonun hastalığın tezahürü veya ilerlemesi ile ilişkili olduğu genlerin aşağı regülasyonu için en yaygın kullanılan yaklaşımlardan biridir. RNaz H1, RNA-DNA heterodubleksinin RNA’sına spesifik olarak etki eden oldukça seçici bir endonükleazdır. RNase H1’in ayrıntılı enzimatik ve hücresel fonksiyonları şimdi ortaya çıkarılmıştır ve RNase H1’in substrat özgüllüğü, RNA bazlı terapötiklerin geliştirilmesi için sürekli olarak kullanılmaktadır.
Memeli hücrelerinde, RNaz H1 dağılımı sitoplazma, mitokondri ve çekirdek gibi her yerde bulunur. DNA onarımı, R-döngülerinin çözünürlüğü, kromatin ile ilişkili pre-mRNA’ların çıkarılması, transkripsiyonel sonlandırma, genom bütünlüğünün korunması ve okazaki bölümü ile ilişkili RNA’nın çıkarılması dahil olmak üzere çeşitli genomik işlevlere hizmet eder. İlginç bir şekilde, eylemlerinin mekanizması olarak endonükleaz aktivitesini kullanmak üzere tasarlanmış ASO’lar, en az beş DNA-nükleotidlik bir uzantıya sahip olmalıdır. Bu nedenle, halihazırda kullanılan RNaz H-yetkin mekanizmaları takip eden ASO’lar, kimyasal olarak modifiye edilmiş RNA yan dizileri arasına boşluk olarak bilinen merkezi DNA uzantısının eklendiği hibrit tip bir oligonükleotid dizisi olan DNA gapmer modellerine dayanır. RNase H1 tabanlı ASO’ları kullanmanın temel avantajı, nükleer transkriptlerin hedeflenmesini kolaylaştırmasıdır. Bunlar, küçük müdahaleci RNA (siRNA) gibi diğer yaklaşımlar için daha az erişilebilirdir. Sterik blok veya sadece doluluk aracılı mekanizma, hedef RNA’nın doğrudan degradasyonunu indüklemeden hedef RNA’ya bağlanmak için yüksek afiniteli ASO’ları kullanır. Bu ASO sınıfı, RNase H1 veya Ago2 için bir substrat görevi gören RNA-DNA oluşturmayan nükleotidlerden oluşur. Bu nedenle, RNase H substratlarının oluşumunu ve hedef RNA’nın istenmeyen bölünmesini önlemek için, ASO’lar kimyasal olarak modifiye edilmeli veya ardışık DNA benzeri nükleotidleri genişletecek şekilde genellikle mikserler olarak adlandırılan farklı nükleotid kimyalarının bir karışımından oluşmalıdır. Bazı yaygın kimyasal modifikasyonlar arasında tiyofosforoamidat, tiyofosforoamidat morfolinos, nükleozid grupları ve peptid nükleik asit ekleri bulunur. Sterik blok ASO’lar spesifik hedef sekansına bağlanır ve translasyonu, RNA’nın işlenmesini, eklemeyi, RNA-protein etkileşimlerini ve hedef RNA’nın interaktomunu modüle ederek çalışır. Bu ASO’ların en yaygın uygulaması, alternatif eklemenin modülasyonu yoluyla örneğin, ekson atlama ve dâhil etme gibi eksonların seçici dışlama veya dâhil edilmesini yönetmektir.
İlginç bir şekilde, ASO’nun sterik blok yaklaşımı, ekson atlama yönteminin hedef transkriptin çevirisini engellediği veya aşağı düzenlediği hedef ekleme varyantını bozmak için kullanılabilir. Ekleme düzeltme veya dâhil etme yaklaşımı, terapötik proteinlerin sentezini kurtarmak için çeviri çerçevesini düzeltmek veya eski haline getirmek için kullanılmıştır. ASO’lar bu işlevi, ekleme sinyallerini maskeleyerek, hedefi spliceosome için görünmez hale getirerek ve sonunda spliceozomun ekleme kararlarını değiştirerek gerçekleştirir. Antisens ve RNA oligonükleotidlerinde yaygın kimyasal modifikasyonları vardır. Farklı RNA modifikasyonları veya RNA analogları tanımlanmış ve antisens mekanizmalarında değerlendirilmiştir. Dinükleotidin temsili bir yapısı, oligonükleotitlerin yaygın olarak modifiye edildiği işaretli pozisyonlarla gösterilir. ASO’larda yaygın olarak kullanılan modifikasyonlar, şeker, baz, fosfat, nükleositler arası bağlantı modifikasyonları ve küçük veya büyük moleküllerin konjugatlarından oluşur. Yapısal modifikasyonların yanı sıra, birkaç anahtar modifikasyonun terapötik özellikleri de vurgulanır.
Daha önce antisens yaklaşımları esas olarak gen ekspresyonunu veya translasyonunu aşağı regüle etmek için kullanılmış, ancak terapötik bir strateji olarak yararlı proteinlerin aşırı ekspresyonunun gerekli olduğu durumlar için geniş kapsamlı bir alternatif olarak kullanılmamıştır. Daha yakın zamanlarda, hedef RNA ekspresyonunu veya protein çevirisini artırmak için ASO’lar, mikro / si-RNA’lar gibi çeşitli yaklaşımların kombinatoryal araştırması, kanser dâhil farklı hastalıklar için RNA tabanlı terapötik stratejilerde devrim oluşturmuştur. Daha ileri çalışmalar, mikroRNA’ların hedeflenmesi için ASO’ların kullanımını ve nihayetinde protein üretimini artırmak için etkili bir yaklaşım ortaya koymuştur. MikroRNA’lar, gen ekspresyonunu veya protein çevirisini inhibe eder ve ilişkili gen ağlarını kontrol eder. Bu gözlemler, bağlanma özelliklerini hedef RNA transkriptleriyle bloke eden veya baskılayan mikroRNA’ları hedefleyen ASO’ların geliştirilmesine ilham vermiş ve mikroRNA ile düzenlenen genlerin translasyonel artışına neden olmuştur.
MikroRNA’lar, birden fazla RNA’nın veya hedefin çevirisini inhibe etmek için hücre veya dokuya özgü aktivitelere sahip olduğundan, tek bir mikroRNA’nın bloke edilmesi, farklı proteinlerin ekspresyonunu değiştirebilir. Alternatif olarak, belirli ASO’ların mRNA’ların 5` çevrilmemiş bölgelerine karşı kullanılması, ilişkili RNA hedeflerinin protein üretimini artırmak için daha kesin ve hedefli bir yaklaşımdır. Alternatif ekleme, protein çeşitliliği oluşturmak için faydalı bir stratejidir. ASO’lar, terapötik / faydalı proteinlerin ekspresyonunu teşvik etmek veya hastalıkla ilişkili proteinlerin ekspresyonunu inhibe etmek için izoform değişimini indüklemek için kullanılabilir. Bu mekanizmalara dayanarak, golodirsen, usinersen ve eteplirsen olmak üzere üç ASO, ekleme değiştirme için FDA onayı almıştır.
Kaynakça:
ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5376066/
researchgate.net/publication/333089303_Site-specific_replacement_of_phosphorothioate_with_alkyl_phosphonate_linkages_enhances_the_therapeutic_profile_of_gapmer_ASOs
sciencedirect.com/science/article/pii/S2162253117302408
springer.com/article/10.1186/s12943-021-01338-2
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu