Запертая нуклеиновая кислота. LNA: как это работает?

LNA – «locked nucleic acid», то есть «запертые» нуклеиновые кислоты – нуклеиновые кислоты, включающие нуклеотиды модифицированной структуры. Отличие от обычных рибонуклеотидов заключается в том, что 2'- и 4'-положения в фуранозном кольце рибозы соединены через О-метилен (окси-«З».н.к.), S-метилен (тио-«З».н.к.) или амино-метилен (амино-«З».н.к.). В последние годы синтезировано много вариантов нуклеотидов LNA, однако наиболее интересными с практической точки зрения являются LNA α и β-D-рибо конфигурации, поскольку их связывание с комплементарными молекулами эффективно как in vitro, так и in vivo, а химический синтез цепей, содержащих такие нуклеотиды, не отличается от стандартной реакции, используемой для получения олигонуклеотидов. Прочитав этот пост, можно узнать о том, как такие соединения можно использовать в научных исследованиях, диагностике и даже лечении.

Мишенями LNA могут быть мРНК опухолевых клеток, кодирующих мутантные варианты белка, вирусные РНК и другие молекулы, их можно также использовать для вмешательства в процесс сплайсинга РНК. ДНК-энзимы – молекулы, способные специфически расщеплять РНК становятся ещё более эффективными, если в их участки, комплементарные мишеням включать модифицированные LNA нуклеотиды. Такие структуры могут быть использованы для экспериментальной работы, связанной с подавление активности генов. Формирование триплексных молекул ДНК, включающих три цепи, может быть использовано для регуляции транскрипции, изменения последовательности ДНК, флуоресцентного мечения плазмид. Использование для этих целей LNA позволяет более эффективно получать триплексные молекулы, чем обычные олигонуклетоды.

Использование LNA-олигонуклеотидов в молекулярной диагностике делает её более эффективной и специфичной. Такие методики были разработаны для оценки однонуклеотидных полиморфизмов различных генов, а так же для выявления соматических мутаций в опухолях. Во втором случае особенно важна специфичность, поскольку материал может оказаться неоднородным, если мутация возникает в ходе развития заболевания. Благодаря LNA-содержащим олигонуклеотидам удалось добиться положительного результата при содержании мутантной аллели всего 0,25% от общего содержании данного гена. Также применение LNA позволяет значительно повысить качество выявления небольших мишеней, таких как микроРНК.

Но и это ещё не всё. В настоящее время на основе LNA разрабатываются препараты для лечения различных заболеваний. Лекарственные препараты, содержащие LNA, обладают рядом преимуществ, в том числе несложным составом раствора для введения, высокой специфичностью, незначительными побочными эффектами. Олигонуклеотиды, содержащие LNA на концах последовательности более устойчивы в сыворотке по сравнению с обычными олигонуклеотидами. Токсического эффекта при использовании таких препаратов обнаружено не было.

Данные по оценке эффективности препарата миравирсен (miravirsen) при гепатите С, полученные в ходе клинических исследований II фазы, были представлены учеными в журнале New England Journal of Medicine. Новый инъекционный препарат представляет собой LNA-содержащий ингибитор miR-122, микроРНК, экспрессирующаяся в печени, которая принимает участие в процессе репликации вируса гепатита С. Исследователи считают, что препарат миравирсен сможет стать компонентом комбинированной терапии, направленной на предотвращение размножения вируса гепатита С. Побочные эффекты при применении мираверсена были минимальны – в некоторых случаях отмечались кожные реакции в месте инъекции и временное повышение содержания ферментов печени в сыворотке. Не отмечено также развития резистентности вируса к данному препарату. Однако мираверсен не подходит для постоянного приёма: miR-122 является онкосупрессорной молекулой и постоянное ингибирование её может привести к развитию ожирения печени, фиброзу и гепатоцеллюлярной карциноме.

Подавление miR-34 с помощью комплементарного LNA-содержащего олигонуклеотида в моделях на мышах помогло защитить животных от патологических изменений сердца при инфаркте миокарда и экспериментальной гипертонии. Такой препарат предотвращает развитие морфологических изменений, снижение функциональности и развитие воспаления при инфаркте. После 5 недель экспериментальной гипертонии у мышей, получавших препарат, не отмечено фиброза и увеличения клеток миокарда, у них не происходило развития гипертонии, расширения аорты и лёгочных капилляров. К сожалению, и здесь ситуация аналогичная: не исключено, что подавление miR-34 в течение длительного времени может привести к развитию онкологических заболеваний.