本ブログは、オリゴヌクレオチドの修飾が核酸医薬の開発をどのようにサポートするかを探る2部構成のシリーズの第2回目です。
シリーズの最初の投稿では、核酸治療薬メーカーが直面する課題について紹介しました。今回は、核酸を治療薬として使用する際の課題を克服するために利用可能な技術や化学修飾について紹介します。
化学修飾により治療への応用が可能に
ヌクレアーゼ耐性修飾
ヌクレアーゼ耐性は、核酸の治療効果に不可欠です。 ヌクレアーゼ耐性修飾を導入して、in vivoでの酵素分解に対するオリゴヌクレオチドの感受性を低減または排除することができます。 アンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）およびshort interfering RNA（siRNA）オリゴヌクレオチドのヌクレアーゼ耐性を高める一般的な修飾には、ホスホロチオエート結合と2'-OMethyl（2'-OMe）および2'-Fluoro（2'-F）塩基が含まれます。 逆アミダイトは、酵素分解に対する保護も提供します。
ホスホロチオエート結合は、ヌクレアーゼ分解に対してオリゴヌクレオチド骨格を安定化し、細胞内でのその半減期を効果的に延長します。 ホスホロチオエート結合を持つオリゴヌクレオチドは、翻訳を直接ブロックすること（立体メカニズム）により、またはRNase Hを介したメカニズムにより標的転写産物の酵素分解を可能にすることにより、遺伝子発現を抑制することができます。
オリゴヌクレオチドの一部またはすべての位置で2'-OMe塩基を置換することは、ヌクレアーゼ耐性を誘導するための、より一般的なアプローチです。 ホスホロチオエートオリゴヌクレオチドと比較して、2'-OMe修飾は、2′-OMe修飾は毒性を抑えながら高いヌクレアーゼ耐性をもたらします1。ただし、オリゴヌクレオチドの設計にギャップマーを使用しない限り、ターゲットRNAのRNaseH切断を誘導する能力は制限される可能性があります。
バックボーン修飾
バックボーン修飾は、治療用オリゴヌクレオチドの安定性、結合親和性、およびヌクレアーゼ耐性を向上させることができます。 一般的なバックボーン修飾には、ペプチド核酸（PNA）およびロックド核酸（LNA）が含まれます。
PNAは、標準的な糖-リン酸塩DNA骨格の代わりに擬似ペプチド骨格を持つオリゴヌクレオチド類似体です。ペプチド骨格にリン酸がないため、中性電荷を持ち、結合親和性が高く、化学的に安定で、標準的なオリゴヌクレオチドよりも高い選択性を得ることができます。
LNAは、メチレンブリッジを使用して、分子のリボース環をワトソン-クリック結合の理想的なコンフォメーションに効果的に「ロック」する高親和性RNA類似体のクラスです。 ロックされた構造は、ヌクレアーゼ耐性、優れた標的特異性と結合、および熱安定性の向上など、治療用途に望ましい機能を提供します。 LNAベースの治療用分子は、さまざまな組織全体でRNAターゲットを強力かつ特異的に阻害する可能性があり、創薬および開発のための貴重なツールになります。
細胞のデリバリーと取込みの修飾
RNAコンストラクトを生体内で安定化させることに加え、有効な核酸治療薬には、適切な組織に効率よく、標的を定めて送達することが必要です。最適化された細胞送達プラットフォームは、必要な投与量を減らし、効率を高め、より正確な組織ターゲティングによって毒性を最小化するのに役立ちます。代表的な細胞送達・取り込み技術としては、親油性修飾、ビタミンベースの修飾、N-アセチルガラクトサミン（GalNAc）コンジュゲートなどがあります。
親油性修飾は、生体内におけるオリゴヌクレオチドの溶解度を低下させ、膜や脂質、疎水性タンパク質などの標的部位に到達できるようにするものです。膜、脂質、疎水性タンパク質などの標的部位に到達することができるようにする。コレステロールやパルミチン酸などの親油性修飾は、脂質膜の通貨を容易にし、細胞への透過性や組織への取り込みを改善します。
GalNAcと呼ばれる糖鎖を用いると、肝臓への効率的な標的薬物送達が可能になります。この分子は、ほぼ肝細胞にしか存在しないアシアロ糖タンパク質受容体（ASGPR）を標的として、肝肝細胞へのオリゴヌクレオチド送達を促進します。GalNAcコンジュゲートは、RNAiの肝細胞への送達と効力を高め、その結果、投与量の低減や投与回数の減少を可能にします2。
ホスホネート修飾
siRNAのアプリケーションでは、5′-リン酸はRNA-induced silencing complex (RISC)にロードするために必要です。 残念ながら、リン酸化は、siRNA分子のinvivoでの安定性に必要な広範な化学修飾のために困難な場合があります。コンジュゲートしたsiRNAに合成5'-ビニルホスホネート修飾を加えると、安定性が向上し、分子がホスファターゼから保護され、サイレンシング活性が向上します3。5'-ビニルホスホネート修飾は、標的組織におけるsiRNAの蓄積と滞留時間を改善し、アルゴノート2結合を改善することによってin vivoでのsiRNA効力を高めることができることが研究によって示されています4。
核酸治療のための固体担体
rA(Bz), 2'-OMe CNA CPG。オリゴヌクレオチドの3'末端に2'-O-メチル修飾リボ-A核酸塩基を組み込むためのものです。
固体担体の性能は、オリゴヌクレオチド合成コストを削減し、高品質の製品を確保する上で重要な要因となります。 粒子径や形状、細孔径、細孔容積、表面積などの固体担体の物理的パラメータは、オリゴヌクレオチドの純度や収率に影響を及ぼします。核酸治療薬アプリケーションで使用される2'OMeおよび2'F修飾用に特別に設計されたControlled Pore Glass（CPG）製品は、商業用途向けの高品質製品を入手するために必要な仕様を提供します。
将来性のある有望な技術
核酸治療は衰弱性疾患を管理するための有望な技術です。オリゴヌクレオチドの安定性と細胞送達を改善するための化学修飾を発見し、実装することで、臨床応用を阻むいくつかの問題を克服することができます。
LGC、Biosearch Technologies社は、人生を変える薬を最も必要としている患者に届ける取り組みを支援できることを誇りに思っています。当社の広範な製品ポートフォリオには、治療アプリケーションの有効性を最適化するために不可欠な修飾が含まれています。治療用アプリケーションをサポートする研究開発の長い歴史と当社の技術的専門知識を組み合わせることで、当社は革新的なソリューションのツールボックスを使用して複雑な医薬品開発の課題に取り組むことができます。
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参考文献
- Kurreck J. The role of backbone modifications in oligonucleotide-based strategies. Therapeutic Oligonucleotides.Chapter 1:1-18. Published 2008. Accessed 3 September 2021. https://doi.org/10.1039/9781847558275-00001.
- Springer AD, Dowdy SF. GalNAc-siRNA Conjugates: Leading the Way for Delivery of RNAi Therapeutics. Nucleic Acid Ther. 28(3):109-118. Published 2018. Accessed 7 March 2022. https://doi.org/10.1089/nat.2018.0736.
- Haraszti RA, Roux L, Coles AH, et al. 5΄-Vinylphosphonate improves tissue accumulation and efficacy of conjugated siRNAs in vivo. Nucleic Acids Res. 45(13):7581-7592. Published 2017. Accessed 28 February 2022. https://doi.org/10.1093/nar/gkx507.
- Hu B. Zhong L, Weng Y, et al. Therapeutic siRNA: state of the art. Sig Transduct Target Ther.5(101). Published 2020. Accessed 28 February 2022. https://doi.org/10.1038/s41392-020-0207-x.
