Гэпмеры представляют собой короткие антисмысловые олигонуклеотидные структуры ДНК с РНК-подобными сегментами по обеим сторонам последовательности. [1] Эти линейные фрагменты генетической информации предназначены для гибридизации с целевым фрагментом РНК и подавления гена посредством индукции расщепления РНКазой H. Связывание гэпмера с мишенью имеет более высокое сродство из-за модифицированных фланкирующих областей РНК , а также устойчивости к деградации нуклеазами. [2] [3] В настоящее время гэпмеры разрабатываются в качестве терапевтических средств для различных видов рака, вирусов и других хронических генетических заболеваний. [4]
Гэпмеры состоят из коротких цепей ДНК , окруженных цепями РНК-имитаторов. Миметики обычно состоят из запертых нуклеиновых кислот (LNA), 2'-OMe или 2'-F модифицированных оснований. [2] Последовательности LNA являются аналогами РНК, «запертыми» в идеальную конформацию спаривания оснований Уотсона-Крика . Гэпмеры часто используют нуклеотиды, модифицированные фосфоротиоатными (PS) группами. [4] [3]
Механизм терапевтического подавления генов основан на деградации под действием РНКазы H. [1] [5] Почти все организмы используют это семейство ферментов для деградации гибридов ДНК-РНК в качестве защиты от вирусной инфекции. [6] При синтезе белка ДНК сначала транскрибируется в мРНК, а затем транслируется в аминокислотную последовательность. Гэпмеры используют этот биологический путь, связываясь с целевой мРНК . [7] У людей дуплекс ДНК-мРНК гэпмера деградирует РНКаза H1. [1] [5] Деградация мРНК предотвращает синтез белка [7] [8]
Химическая структура гэпмера разработана для повышения устойчивости к деградации нуклеазой и повышения стабильности in vivo. [1] [2] Модифицированные основания LNA, 2'-OMe или 2'-F являются химическими аналогами природных РНК- нуклеиновых кислот . Эти модификации позволяют повысить устойчивость к нуклеазе, снизить иммуногенность и уменьшить токсичность. [1] Гэпмеры также могут иметь высокую аффинность связывания с целевой мРНК. [1] Эта высокая аффинность связывания снижает нецелевые эффекты, неспецифическое связывание и нежелательное подавление генов [2]
Kynamro был одобрен FDA в январе 2013 года для лечения гомозиготной семейной гиперхолестеринемии (HoFH). [9] Препарат, разработанный Ionis Pharmaceuticals и продаваемый Genzyme Corporation, вводится посредством подкожной инъекции в форме раствора натрия мипомерсена . Химическая структура состоит из 20-нуклеотидной (20-мерной) цепи с модификациями остова фосфоротиоата (PS) и заменами рибозы 2'-O-метоксиэтила (MOE). [4] Kynamro нацелен на продукт мРНК гена APOB, который кодирует белок аполипопротеина B-100 , компонент липопротеина низкой плотности (ЛПНП). [2] Связывание мипомерсена с мРНК APOB эффективно блокирует трансляцию ApoB-100, а гибрид гэпмер-РНК затем разрушается ферментом РНКазой H. Сообщается, что период полувыведения препарата Кинамро составляет приблизительно 1–2 месяца [9].
Tegsedi, разработанный и продаваемый компанией Ionis Pharmaceuticals, был одобрен FDA в октябре 2018 года для лечения наследственного транстиретинового амилоидоза (hATTR). [10] Химическая структура представляет собой 20-мерный олигонуклеотид с модификациями остова PS и заменами рибозы 2'-MOE. [4] Tegsedi в форме раствора натрия инотерсена вводится подкожно с недельным интервалом. Инотерсен связывается с мРНК, кодирующей белок транстиретина , [11] что блокирует трансляцию мРНК и привлекает ферменты РНКазы для деградации гибрида гэпмер-РНК. Это эффективно снижает уровень транстиретина в сыворотке крови, что, как было показано, лечит симптомы полинейропатии у пациентов с hATTR [11]
Антисмысловые олигонуклеотиды Gapmer (ASO) могут вызывать непреднамеренные, нецелевые эффекты. Эти нецелевые эффекты возникают, когда гэпмер связывается с мРНК с достаточной степенью комплементарности к целевой мРНК, блокируя или подавляя трансляцию непреднамеренных белков. [12] Функциональные последствия нецелевых эффектов гэпмера могут широко варьироваться в зависимости от затронутых белков и степени подавления. Терапевтические средства на основе Gapmer также могут вызывать побочные эффекты. Например, было показано, что Kynamro вызывает реакции в месте инъекции, тошноту, головные боли, гриппоподобные симптомы и гепатотоксические реакции. [9] Побочные эффекты Inotersen включают тромбоцитопению, гломерулонефрит, реакции в месте инъекции, тошноту, головную боль, усталость и лихорадку [10]