миРНК-направленные противоопухолевые препараты: терапевтический потенциал и специфичность действия

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-14-00250

НазваниемиРНК-направленные противоопухолевые препараты: терапевтический потенциал и специфичность действия

Руководитель Зенкова Марина Аркадьевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова миРНК, опухоли, метастазирование, терапевтические нуклеиновые кислоты, антисмысловые олигонуклеотиды, конъюгаты, миРНКазы

Код ГРНТИ34.15.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние годы был сделан ряд открытий, которые радикально изменили представления о механизмах функционирования генетических систем. Было обнаружено, что большая часть генома является транскрипционно активной, при этом до 97% транскриптов не кодируют белки, а являются регуляторными. Оказалось, что эти регуляторные некодирующие РНК, среди которых сегодня наиболее изучены микроРНК (миРНК), играют определяющую роль на всех этапах реализации генетической информации. Зрелые миРНК представляют собой короткие РНК последовательности (от 21 до 25 нуклеотидов длиной) уникальной структуры и участвуют в контроле экспрессии 60% генов. Недавние исследования показали, что определенные миРНК играют ключевую роль в патогенезе злокачественных заболеваний и некоторые из них, так называемые онкомиры, связаны с прогрессированием опухолевого процесса. В большинстве случаев в опухоли уровень таких онкомиров значительно повышен. Таким образом, профиль экспрессии онкомиров ассоциирован со степенью злокачественности и инвазивным потенциалом опухолевой клетки. Накопившиеся данные свидетельствуют о том, что миРНК являются важными маркерами заболеваний и перспективными молекулярными мишенями для терапии. Несмотря на обилие данных о функционировании ансамблей миРНК при онкотрансформации клеток, данных о возможности коррекции этих патологических состояний путем подавления функции определенных РНК малочисленны. Целью данного проекта является направленная регуляция с помощью антисмысловых олигонуклеотидов и их конъюгатов микроРНома опухолевых клеток, приводящая к подавлению опухолевого роста и метастазирования. В ходе выполнения проекта предполагается создание на основе нуклеиновых кислот (антисмысловых олигонуклеотидов нового поколения, а также их конъюгатов с молекулами, обеспечивающими эффективность их биологического действия in vitro и in vivo) миРНК-направленных регуляторов процессов опухолевой трансформации, роста и метастазирования. Проект предполагает проведение исследований полного цикла от поиска миРНК, наиболее важных для поддержания роста опухоли и метастазирования, и дизайна антисмысловых олигонуклеотидов нового поколения и миРНКаз (разработаны в ходе выполнения проекта РНФ 14-44-00068), специфически подавляющих эти миРНК, до выяснения терапевтического потенциала созданных регуляторов миРНома на релевантных моделях опухолевых заболеваний in vivo, изучения совместимости применения таких регуляторов с традиционной полихимиотерапией и создания прототипов лекарственных препаратов и программ их доклинических исследований. Исследования планируется провести с использованием культивируемых и первичных клеток мыши и человека и in vivo с использованием моделей опухолевой прогрессии различного генеза и степени злокачественности. Важными прикладными аспектами данного проекта является: 1) создание на основе терапевтических нуклеиновых кислот препаратов, в том числе и персонализированных, способных (а) подавлять рост опухоли и развитие метастазов и (б) многократно усиливать эффективность лечения опухолевых заболеваний, специфически подавляя ключевые РНК, важные для опухолевого роста; 2) выявление ключевых/маркерных молекул, составляющих миРНК-опосредованный каскад регуляции опухолевого процесса в ответ на проводимую терапию. В ходе проекта будут решаться следующие задачи: 1. Выбор среди онкогенных миРНК мишеней, подавление функции которых критично для процессов опухолевого роста, инвазии, ремоделирования микроокружения, ангиогенеза и метастазирования. Сравнение уровней экспрессии выбранных миРНК в опухолевых и нетрансформированных клетках человека и лабораторных животных. 2. Разработка инструментов для подавления функций ключевых миРНК на основе антисмысловых олигонуклеотидов нового поколения, а также их конъюгатов с РНК-расщепляющими конструкциями и молекулами, обеспечивающими эффективность их биологического действия in vivo. Валидация биологической активности этих препаратов в экспериментах на культурах эукариотических клеток. 3. Выяснение селективности действия и последствий для опухолевых и нетрансформированных клеток человека и мыши «выключения» определенной (-ых) миРНК. Создание ансамблей миРНК-направленных препаратов, действующих на ключевые стадии опухолевой прогрессии и метастазирования. 4. Анализ противоопухолевого и антиметастатического потенциала разработанных препаратов на релевантных моделях высокоагрессивных метастазирующих опухолей in vivo в режиме монотерапии и в комбинации со стандартной полихимиотерапией, используемой в клинике. 5. Выявление ключевых/маркерных молекул, составляющих миРНК-опосредованный каскад регуляции опухолевого процесса в ответ на проводимую терапию. 6. Выявление препаратов – лидеров и/или их комбинации, обеспечивающих эффективное подавление роста опухоли и процесса метастазирования. Разработка протоколов их доклинических исследований. Актуальность Существует ряд заболеваний, лечение которых позволяет продлить жизнь пациента, но не приводит к его полному выздоровлению. К таким заболеваниям относятся онкологические заболевания, особенно в стадии метастазирования, и связанная с ними иммуносупрессия. Развитие онкологических заболеваний часто приводит к потере трудоспособности, долгому, трудному и дорогостоящему лечению и, в большинстве случаев, смерти пациентов. В связи с этим актуальной задачей является поиск принципиально новых препаратов, которые позволят обеспечить высокую избирательность и эффективность лечения. Этим требованиям – специфичности действия и принципиально иным, чем традиционные препараты, механизмом действия, удовлетворяют терапевтические нуклеиновые кислоты, в частности антисмысловые олигонуклеотиды и их конъюгаты, разработка которых и является основной задачей настоящее проекта. Создание таких препаратов имеет первоочередную важность, так как создает возможность лечения заболеваний, которые в настоящее время являются неизлечимыми. Масштабность поставленной задачи заключается также и в том, что разрабатываемые подходы могут быть адаптированы для лечения широкого спектра других заболеваний человека, а создаваемая технологическая платформа позволит применять создаваемые технологии к решению других задач. Новизна Научная новизна поставленной задачи и предлагаемых способов ее решения заключается в том, что впервые ставится задача разработки стратегии повышения эффективности терапии метастазирующих опухолей, путем направленного и селективного воздействия на ключевые миРНК, запускающие и активирующие это заболевание. Ввиду того, что прогрессия опухоли является сложным многостадийным процессом, предлагается использовать ансамбли миРНК-направленных препаратов, действующих на ключевые стадии этого процесса, вызывая одновременно подавление скорости роста опухолевых клеток, воспаления в окружающих тканях, ангиогенеза и инвазивных свойств опухолевых клеток. Опыт заявителей в выполнении подобных исследований, подтвержденный публикациями в высокорейтинговых журналах и существенный научно-технический задел по теме проекта позволяют рассчитывать на выполнение проекта в полном объеме и получение результатов мирового уровня.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Зенкова М.А. МиРНК-направленные препараты на основе нуклеиновых кислот как эффективные ингибиторы канцерогенеза Acta Naturae, Т.2, спецвыпуск, C.13. (год публикации - 2019)

2. Патутина О.А., Мирошниченко С.К., Миронова Н.Л., Сенькова А.В., Биченкова Е.В., Кларк Д.Д., Власов В.В., Зенкова М.А. Catalytic knockdown of miR-21 by artificial ribonuclease: biologycal performance in tumor model Frontiers in Pharmacology, V.10, art.879,p. 1-13 (год публикации - 2019)
10.3389/fphar.2019.00879

3. Мирошниченко С.К., Амирлоо Б., Биченкова Е.В., Власов В.В., Зенкова М.А., Патутина О.А. 2’ome-modification of anti-mirna-21 oligonucleotide-peptide conjugate improves its hybridization properties and catalytic activity Russian Journal of Bioorganic Chemistry, V.45, N.6., P.802–811 (год публикации - 2019)
10.1134/S1068162019060281

4. Патутина О.А., Мирошниченко С.К., Сенькова А.В., Савин И.А., Гладких Д.В., Буракова Е.А., Маслов М.А., Шмендель Е.В., Власов В.В., Стеценко Д.А., Зенкова М.А. Анти-miR-21 N-мезилфосфорамидный антисмысловой олигонуклеотид эффективно подавляет рост эпидермоидной карциномы человека in vivo Материалы Всероссийской мультиконференции с международным участием «Биотехнология – медицине будущего», г. Новосибирск, 29 июня-2 июля 2019 г., С.49 (год публикации - 2019)

5. Чиглинцева Д.А., Патутина О.А., Биченкова Е.В., Миронова Н.Л., Власов В.В..Зенкова М.А. Расщепление онкогенных микроРНК под действием комплементарно-адресованных двойных олигонуклеотид-пептидных конъюгатов Материалы Всероссийской мультиконференции с международным участием «Биотехнология – медицине будущего», г. Новосибирск, 29 июня-2 июля 2019 г., С.60 (год публикации - 2019)

6. Староселец Я.Ю., Амирлоо Б., Биченкова Е.В., Зенкова М.А. Peptidyl-oligonucleotide conjugates: from single and dual conjugates to different types of bulge-inducing conjugates Материалы Всероссийской мультиконференции с международным участием «Биотехнология – медицине будущего», г. Новосибирск, 29 июня-2 июля 2019 г., C. 27 (год публикации - 2019)

7. Чиглинцева Д.А., Патутина О.А., Биченкова Е.В., Миронова Н.Л., Власов В.В., Зенкова М.А. Направленное ингибирование онкогенных микроРНК в опухолевых клетках под действием искусственных рибонуклеаз Сборник тезисов VI Международной конференции молодых ученых: биофизиков, биотехнологов, молекулярных биологов и вирусологов "Open-Bio 2019", С. 657-659 (год публикации - 2019)

8. Патутина О.А., Чиглинцева Д.А., Биченкова Е.В., Гапонова С.К., Миронова Н.Л., Власов В.В., Зенкова М.А. Dual miRNases for Triple Incision of miRNA Target: Design Concept and Catalytic Performance Molecules, v. 25, e2459 (год публикации - 2020)
10.3390/molecules25102459

9. Староселец Я.Ю., Амирлоо Б., Вильямс А., Ломзов А.А., Буруско К.К., Кларк Д.Д., Браун Т., Зенкова М.А., Биченкова Е.В. Strict conformational demands of RNA cleavage in bulge-loops created by peptidyl-oligonucleotide conjugates Nucleic Acids Research, v. 48, n. 19, p. 10662-10679. (год публикации - 2020)
10.1093/nar/gkaa780

10. Гебрезгиабер М., Залум В.А., Кларк Д.Д., Майлс С.М., Фёдорова А.А., Зенкова М.А., Биченкова Е.В. RNA knockdown by synthetic peptidyl-oligonucleotide ribonucleases: behavior of recognition and cleavage elements under physiological conditions Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, p. 1-20. (год публикации - 2020)
10.1080/07391102.2020.1751711

11. Гапонова С.К. Сиквенс-специфические олигонуклеотид-пептидные конъюгаты и N-(метансульфонил)фосфорамидные аналоги антисмысловых олигонуклеотидов как ингибиторы онкогенных миРНК in vitro и in vivo Типография "Алекспресс" ИП Малыгин Алексей Михайлович, Новосибирск, С. 1-20 (год публикации - 2020)

12. Староселец Я.Ю., Гапонова С.К., Патутина О.А., Биченкова Е.В., Амирлоо Б., Хейман Т., Чиглинцева Д.А., Зенкова М.А. Site-Selective Artifical Ribonucleases: Renaissance of Oligonucleotide Conjugates for Irreversible Cleavage of RNA Sequences Molecules, V. 26, N. 6, e1732 (год публикации - 2021)
10.3390/molecules26061732

13. Чиглинцева Д.А. миРНК-направленные искусственные рибонуклеазы различной структуры: концепция дизайна и каталитические характеристики Материалы 59-й Международной научной студенческой конференции. Новосибирск, 12–23 апреля 2021 г., с. 96 (год публикации - 2021)

14. Амирлоо Б., Староселец Я.Ю., Юсеф С., Кларк Д., Браун Т., Аюла Х., Зенкова М.А., Биченкова Е.В. “Bind, cleave and leave”: multiple turnover catalysis of RNA cleavage by bulge-loop inducing supramolecular conjugates. Nucleic Acids Research (год публикации - 2021)

15. Патутина О.А., Чиглинцева Д.А., Биченкова Е.В., Амирлоо Б., Гапонова С.К., Власов В.В., Зенкова М.А. Петлеобразующие миРНК-направленные искусственные рибонуклеазы: принципы конструирования и каталитические характеристики III объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов: VII съезд биохимиков России, Х российский симпозиум «белки и пептиды», VII съезд физиологов СНГ. Сочи-Дагомыс, 3-8 октября 2021, Научные труды., Т.2, С.42 (год публикации - 2021)

16. Староселец Я.Ю., Амирлоо Б., Юсаф С., Ломзов А., Буруско К.К., Биченкова Е.В., Кларк Д., Зенкова М.А. Сайт-направленное расщепление РНК петлеобразующими олигонуклеотид-пептидными конъюгатами III объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов: VII съезд биохимиков России, Х российский симпозиум «белки и пептиды», VII съезд физиологов СНГ. Сочи-Дагомыс, 3-8 октября 2021, Научные труды, Т.2, С. 27 (год публикации - 2021)

17. Гапонова С.К., Патутина О.А., Биченкова Е.В., Чиглинцева Д.А., Амирлоо Б., Власов В.В., Зенкова М.А. Химически модифицированные миРНКазы: дизайн, стабильность, рибонуклеазная активность и биологический эффект в опухолевых клетках III объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов: VII съезд биохимиков России, Х российский симпозиум «белки и пептиды», VII съезд физиологов СНГ. Сочи-Дагомыс, 3-8 октября 2021, Научные труды., Т.2, С. 32-33 (год публикации - 2021)

18. Зенкова М.А. Новые модифицированные анти-миРНК олигонуклеотиды – прототипы инновационных противоопухолевых препаратов Материалы III объединенного научного форума физиологов, биохимиков и молекулярных биологов: VII съезд биохимиков России, Х российский симпозиум «белки и пептиды», VII съезд физиологов СНГ. Сочи-Дагомыс, 3-8 октября 2021, Т.2, С. 20 (год публикации - 2021)

Публикации