Autentificare
Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta
Căutare:
Căutare:
Acasă  »  EDUCAȚIE  »  Ars Medici

Terapiile bazate pe ARN

Viața Medicală
Dr. Cornelia PARASCHIV vineri, 31 iulie 2020

Pot fi utilizate cu succes în diferite afecţiuni, însă dezvoltarea lor reprezintă un process complex, cu multiple provocări.

adn2

ARN-ul celular joacă un rol important în sinteza proteinelor, ajută la activarea și dezactivarea genelor, poate fi catalizator și poate modifica alte molecule de ARN. Conform cercetătorilor, acestea sunt molecule mult mai active în biologia celulară decât se credea iniţial.

        Terapiile ARN pot fi împărţite în trei mari categorii: cele care vizează acizii nucleici (ADN sau ARN), cele care vizează proteinele și cele care codifică proteinele. Apar, de asemenea, abordări hibride care combină mai multe mecanisme bazate pe ARN într-un singur pachet. Speciile de ARN includ ARN-uri lungi cu funcţie de codificare – ARN mesager (ARNm), ARN-uri lungi care nu codifică – ARN-uri de transfer (ARNt-uri) și ARN-uri ribozomale (ARNr-uri), și ARN-uri scurte care nu codifică, cum ar fi micro ARN-uri de interferenţă (miRNA) și ARN-uri mici de interferenţă (siARN).

        Primul succes notabil pentru terapia bazată pe ARN a fost aprobarea în 2004 de către Administraţia pentru Alimente și Medicamente din SUA (FDA) a aptamerului ARN, pegaptanib, pentru tratamentul degenerescenţei maculare legate de vârstă. De atunci, două ARN antisens și un siARN au obţinut aprobarea FDA: eteplirsen – Exondys 51 (aprobat în septembrie 2016), utilizat pentru tratarea distrofiei musculare Duchenne, care folosește o oligonucleotidă antisens monocatenară (ASO) pentru a bloca doar exprimarea porţiunii mutante a unei gene, iar rezultatul este o proteină care este funcţională, din care lipsește porţiunea care provoacă o patologie; nusinersen – Spinraza (aprobată în decembrie 2016) reprezintă primul medicament aprobat pentru tratamentul atrofiei musculare spinale la copii și adulţi; patisiran – Onpattro (aprobat în august 2018) reprezintă primul ARN de interferenţă pentru amiloidoza ereditară mediată de transtiretină (hATTR) la adulţi.

         Se preconizează că vânzările globale pentru terapiile ARN vor depăși 10 miliarde de dolari în SUA până în 2024 (GlobalData). Totuși, dezvoltarea terapiilor ARN se confruntă cu provocări, deoarece ARN este instabil și predispus la degradare prin ribonucleaze active (RNaze), este potenţial imunogen și poate necesita un vehicul de livrare pentru un transport eficient și specific către celulele ţintă și de-a lungul învelișului bistratificat lipidic celular.

        Aceste obstacole de dezvoltare au fost în mare parte depășite prin modificarea chimică a moleculei de ARN pentru a-i spori stabilitatea și prin utilizarea unor transportori sintetici, cum ar fi nanoparticule lipidice (LNP) sau sisteme pe bază de polimer (PNP) pentru administrarea terapiilor ARN.

Direcţii de dezvoltare

  1. Vaccinuri ARNm pentru cancer și boli infecţioase (ex. Virusul Zika);
  2. ARNm transcris in vitro (IVT) pentru a înlocui sau suplimenta proteinele;
  3. ARN-urile antisens sau ARN de interferenţa (RNAi) prin miRNA și siRNAs, pentru a opri parţial sau complet expresia genică;
  4. Aptameri ARN, sau „anticorpi chimici”, care se leagă de ţintele moleculare specifice și pot acţiona drept cărăuși de medicamente pentru a livra chimioterapice cu molecule mici, siRNAs, miRNAs sau nanoparticule în ţesuturile ţintite.

        De asemenea, sunt dezvoltate molecule-ţintă pentru ARN, inclusiv aplicarea tehnologiei de editare a genomului CRISPR-Cas9 și dezvoltarea modulatorilor selectivi cu molecule mici de ARN.

Provocări

        Pentru a fi eficientă, medicaţia bazată pe ARN trebuie să ajungă la celula-ţintă și să pătrundă prin învelișul bistratificat lipidic al acesteia, o provocare majoră pentru terapiile ARN. Noile tehnologii de administrare a ARN care includ sistemele LNP (lipid nanoparticles) sau PNP (p-nitrofenol) și utilizarea aptamerului au depășit unele dintre provocările asociate administrării terapiilor ARN. LNP-urile tind să se oprească în ficat, locul de sinteză al celor mai multe proteine.

        Pentru o administrare eficientă și sigură, câteva obstacole trebuie depășite: instabilitatea și imunogenitatea ARN; eliminarea rapidă din sânge; dificultatea de absorbţie celulară și evacuarea endozomală. Modificarea chimică a ARN și utilizarea unor transportori sintetici îmbunătăţiţi sunt soluţiile găsite de producători.

        Modificarea chimică a ARN crește stabilitatea moleculelor de ARN terapeutice și protejează împotriva degradării enzimatice. Adiţional, reduce imunogenicitatea, amplifică efectul terapeutic și prelungește durata de acţiune a medicamentului. ARNm, de exemplu, poate fi stabilizat prin încorporarea de nucleozide modificate, de exemplu pseudouridină sau 5’-metil-citidină trifosfat (m5CTP) care, în plus, asigură o creștere a nivelului de exprimare a proteinelor în comparaţie cu ARNm nemodificat. Cele mai frecvente modificări încorporate pentru a îmbunătăţi stabilitatea ARN antisens sunt modificările lanţului principal și modificările ribozice incluzând substituţiile 2-O-metil, 2-fluor și 2-O-metil-etil.

Tipuri de terapii ARN

        Terapiile bazate pe ARN pot fi clasificate în funcţie de mecanismul lor de acţiune și includ ARNm și ARN antisens monocatenare, miRNA-uri și siARN dublu catenare, și aptameri ARN.

        ARNm IVT (ARN mesager in vitro) poate fi utilizat pentru sinteza tranzitorie de proteine cu scopul de a preveni sau modifica o stare de boală. Se folosește în imunoterapii oncologice și în bolile infecţioase, pentru substituirea unor proteine și pentru medicina regenerativă. Terapiile de înlocuire a proteinelor bazate pe ARNm sunt utilizate pentru a înlocui proteinele in vivo care nu sunt exprimate sau sunt exprimate la un nivel scăzut ori sunt nefuncţionale, folosind ARNm IVT. ARNm IVT include nucleozide modificate chimic, de exemplu prin utilizarea pseudouridinei pentru reducerea imunogenităţii și creșterea eficienţei translaţionale. Mai mult, utilizarea LNP-urilor și PNP-urilor protejează ARNm-urile IVT de RNaze și facilitează absorbţia celulară.

        ARNm pentru cancer se află în stadii avansate de dezvoltare, de asemenea, iar primele studii cu subiecţi umani pentru vaccinuri ARNm, inclusiv Rocapuldencel-T și BI-1361849 sunt deja iniţiate.

        ARN-ul antisens este o catenă complementară (care nu codifică) a unei catene a mARN (codificatoare). ARN-ul antisens se asociază cu ARNm complementar pentru a forma o moleculă cu două lanţuri, care nu poate fi tradusă și degradată enzimatic. Majoritatea ARN-urilor antisens actuale au fost dezvoltate din secvenţe complementare ARNm-ţintă și sunt introduse în celule pentru a se lega la ARNm și a reduce sau modifica expresia proteinei transcrise de ARNm, pentru a atenua simptomele bolii. ARN-urile antisens specifice secvenţei ARNm inhibă expresia genelor prin modificarea splicing-ului ARNm precursor, oprirea translaţiei ARNm și inducerea degradării ARNm de către ribonucleaze (RNază H).

        Anterior, ARN-urile naturale antisens au fost evaluate pentru reprimarea expresiei genelor, cu toate acestea, instabilitatea lor inerentă a dus la dezvoltarea ARN-urilor antisens modificate care sunt fie mai rezistente la nuclează, dar care activează încă ribonucleazele sau se leagă la ARN fără activarea acestora. ARN-urile antisens modificate prezintă timpul de înjumătăţire semnificativ îmbunătăţit și activitatea inhibitoare prelungită. Până în prezent, două medicamente ARN antisens au obţinut aprobarea FDA: Spinraza și Exondys 51.

        ARN de interferenţă (ARNi sau RNAi) reprezintă molecule reglatoare care suprimă expresia genelor specifice prin mecanisme cunoscute la nivel mondial ca ribointerferenţa sau interferenţa ARN. ARN-urile interferente sunt molecule mici (20 până la 25 de nucleotide) care sunt generate de fragmentarea precursorilor mai lungi. Ele pot fi clasificate în trei grupe principale: microARN (miRNA), ARN de interferenţă mic (small interference RNA) și ARN asociat piwi.

        MicroARN-urile (miRNA) sunt lanţuri scurte de 21-22 de nucleotide, generate de precursori specifici codificaţi în genom. Când sunt transcrise, acestea se pliază în structuri terţiare intramoleculare și apoi se leagă la enzime pentru a forma un complex efector care poate bloca translaţia mARN sau accelera degradarea acestuia începând cu îndepărtarea enzimatică a cozii poli A.

        ARN de interferenţă mic (siRNA), este format din 20-25 nucleotide, este produs frecvent prin clivarea ARN-urilor virale, dar poate fi și de origine endogenă. După transcriere, siRNA este asamblat într-un complex proteic numit complexul de represie (silencing) indus de ARN (RISC – RNA-induced silencing complex), care identifică ARNm-ul complementar, ce este splitat în două jumătăţi care sunt ulterior degradate, blocând astfel expresia genelor.

        Celulele utilizează miRNA-uri și siRNA-uri pentru inhibarea genelor prin reducerea expresiei genice post-translaţional sau reprimare transcripţională. MiRNA-urile și siRNA-urile dublu-catenare se leagă la ARNm și inhibă translaţia proteinelor. MiRNA-urile endogene induc represia translaţională și degradarea ARNm atunci când catenele antisens afișează o complementaritate limitată la ARNm ţintă, în timp ce clivajul specific secvenţei este exploatat de siARN exogeni.

        MiARN nu codifică, joacă roluri-cheie în diferenţierea, proliferarea și supravieţuirea celulelor. Dereglarea miRNA-urilor endogene apare în multiple boli, inclusiv hepatită, boli cardiovasculare și cancer (unde miRNA-urile acţionează ca supresoare tumorale sau oncogene). MiRNA-urile sunt încărcate pe complexul RISC și interacţionează cu ţinte complementare pe ARNm pentru a suprima expresia proteinei.

        ARN-urile antisens complementare cu miRNA îi pot bloca activitatea, în timp ce ARN-uri dublu sau monocatenare care imită miRNA îi pot intensifica activitatea. Atât inhibitorii miRNA, cât și simulatorii sunt în prezent dezvoltaţi și au arătat rezultate încurajatoare. RG-012 este un medicament miRNA în prezent evaluat în studiile de fază I pentru tratamentul sindromului Alport.

        Spre deosebire de miRNA-uri, care atenuează producţia de proteine, atunci când un siRNA recunoaște ARNm, provoacă un clivaj și degradarea acestuia și astfel reprimă complet activitatea genei, sistând producţia de proteine. SiRNA-urile au apărut ca un mecanism natural de apărare împotriva virusurilor ARN și sunt ARN dublu-catenare care acţionează ca promedicaţie: catena antisens este farmacologic activă, în timp ce catenele de sens facilitează eliberarea de medicamente, transportând catenele antisens către complexul de încărcare Argonaute intracelular (Ago). Există patru proteine Ago care pot fi încărcate cu miRNAs sau siRNA și modifică translaţia și/sau stabilitatea ARN: siRNA-urile se leagă preferenţial la Ago2.

        ARN-urile pot concura, de asemenea, cu miRNA-urile încărcate pe Ago2, modificând astfel timpul de înjumătăţire al altor ARN-uri celulare. SiRNA-urile exogene operează printr-un mecanism specific secvenţei, cu o complementaritate perfectă la ARNm-ul ţintă, dar pot avea, de asemenea, efecte asemănătoare miRNA asupra unor secvenţe ARNm parţial complementare, ceea ce duce la o lipsă de specificitate. Prin urmare, o singură secvenţă de siRNA poate modula expresia a sute de gene off-target, ceea ce poate avea un impact asupra eficacităţii medicamentului ARN.

        În urma injectării, siARN-urile încapsulate în LNP tind adesea să se acumuleze în ficat și splină. Mai mult, purtătorii biodegradabili de nanoparticule permit eliberarea lentă a medicamentului în celulă pentru a regla doza. Patisiran-Onpattro reprezintă un ARNi terapeutic într-o formulă LNP pentru amiloidoza ereditară mediată de transtiretină (hATTR) la adulţi.

 Aptameri ARN

        Sunt ARN-uri scurte, monocatenare, selectate pentru a se lega de ţinte moleculare specifice. Aptamerii ARN au tendinţa de a forma perechi de baze complementare, ceea ce conduce la formarea complexelor aptamer-ţintă. Aptamerii se leagă de situsuri inaccesibile anticorpilor mai mari, sunt sintezaţi rapid și au costuri de fabricaţie relativ mici. Mulţi aptameri sunt internalizaţi după legarea la receptorii specifici celulari, ceea ce îi face transportori utili de chimioterapice cu molecule mici, siRNAs, miRNAs sau ARN-uri antisens în ţesuturile-ţintă.

        Similar altor clase terapeutice ARN, aptamerii nemodificaţi sunt degradaţi de nuclează, având perioade de înjumătăţire in vivo sub 10 minute. Prin urmare, majoritatea aptamerilor prezintă modificări chimice. De exemplu, pegaptanib este conjugat cu polietilenglicol (PEG).

        Aptamerii pot acţiona ca antagoniști pentru a bloca interacţiunile proteină-proteină sau receptor-ligand, ca agoniști pentru a activa receptorii sau ca sisteme de livrare specifice celulelor. Toţi aptamerii aflaţi în prezent în dezvoltare clinică sunt inhibitori care perturbă funcţia unei proteine-ţintă.

Noi tehnologii DE ŢINTIRE

        Noile tehnologii și modalităţi de ţintire a ARN includ aplicarea tehnologiei de editare a genomului CRISPR-Cas9, tehnologia interferenţei ARN direcţionată ADN (ddRNAi) și dezvoltarea unor modulatori selectivi cu molecule mici de ARN sau enzime modificatoare de ARN. De exemplu, CAL-1 reprezintă o terapie genică bazată pe ARN folosind ddRNAi pentru a represa gena CCR5 și a controla infecţia HIV și pentru a proteja persoanele cu HIV împotriva dezvoltării SIDA. Mai multe companii care se concentrează pe dezvoltarea modulatorilor ARN cu molecule mici au fost înfiinţate în ultimii ani și s-au specializat în epigenetica ARN și dezvoltarea inhibitorilor cu molecule mici ale enzimelor care modifică ARN pentru tratamentul cancerului.

        Direcţionarea secvenţelor de control a variantelor splice în interiorul intronilor sau exonilor oferă oportunităţi suplimentare de a dezvolta noi terapii în cancer sau boli neurologice.

        Strategii hibride vizează deficitul de a1-antitripsină, o boală a plămânului și ficatului moștenite, și scleroza laterală amiotrofică ereditară, o afecţiune neurologică degenerativă.

Bibliografie
1. Burnett, JC et al. RNA-based Therapeutics - Current Progress and Future Prospects. Chem Biol. 2012; 19(1): 60-71
2. Crooke, ST et al. RNA-targeted therapeutics Cell Metabolism. 2018; 27: 714-39
3. Dowdy, SF. Overcoming cellular barriers for RNA therapeutics. Nature Biotechnology. 2017; 35(3): 222-29
4. Rupaimoole, R et al. MicroRNA therapeutics: towards a new era for the management of cancer and other diseases. Nat Rev Drug Discov. 2017; 16(3):203-22
5. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03373786
6. Zhou, J and Rossi, J.Aptamers as targeted therapeutics: current potential and challenges. Nat Rev Drug Discov. 2017; 16(3):181-202

Etichete: terapii arn vectori

Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
  • Tipărit + digital – 200 de lei
  • Digital – 129 lei
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC
Află mai multe informații despre oferta de abonare.