ARN interferente pequeño
Biomolécula

Mediación de la interferencia del ARN en células de mamíferos cultivadas.

El ARN interferente pequeño ( siRNA ), a veces conocido como ARN interferente corto o ARN silenciador , es una clase de moléculas de ARN no codificante de doble cadena , típicamente de 20 a 24 pares de bases de longitud, similar al microARN (miARN), y que opera dentro de la vía de interferencia del ARN (ARNi). Interfiere con la expresión de genes específicos con secuencias de nucleótidos complementarias al degradar el ARN mensajero (ARNm) después de la transcripción , impidiendo la traducción . [1] [2] Fue descubierto en 1998 por Andrew Fire en la Carnegie Institution for Science en Washington, DC y Craig Mello en la Universidad de Massachusetts en Worcester.

Estructura

Los siRNA naturales tienen una estructura bien definida que es un ARN bicatenario corto (generalmente de 20 a 24 pb ) (dsRNA) con extremos 5' fosforilados y extremos 3' hidroxilados con dos nucleótidos salientes. La enzima Dicer cataliza la producción de siRNA a partir de dsRNA largos y pequeños ARN en horquilla . [3] Los siRNA también se pueden introducir en las células mediante transfección . Dado que, en principio, cualquier gen puede ser inactivado por un siRNA sintético con una secuencia complementaria, los siRNA son una herramienta importante para validar la función genética y la orientación de los fármacos en la era posgenómica.

Historia

En 1998, Andrew Fire en la Carnegie Institution for Science en Washington DC y Craig Mello en la University of Massachusetts en Worcester descubrieron el mecanismo RNAi mientras trabajaban en la expresión génica en el nematodo, Caenorhabditis elegans . [4] Ganaron el premio Nobel por su investigación con RNAi en 2006. Los siRNA y su papel en el silenciamiento génico postranscripcional (PTGS) fueron descubiertos en plantas por el grupo de David Baulcombe en el Sainsbury Laboratory en Norwich , Inglaterra y reportados en Science en 1999. [5] Thomas Tuschl y colegas pronto reportaron en Nature que los siRNA sintéticos podrían inducir RNAi en células de mamíferos. [6] En 2001, la expresión de un gen específico fue silenciada exitosamente introduciendo siRNA sintetizado químicamente en células de mamíferos (Tuschl et al.) Estos descubrimientos llevaron a un aumento en el interés en aprovechar RNAi para investigación biomédica y desarrollo de fármacos . Se han logrado avances significativos en las terapias con ARNi, tanto con nanopartículas orgánicas (basadas en carbono) como inorgánicas (no basadas en carbono) , que han tenido éxito en la administración de fármacos al cerebro y ofrecen métodos prometedores para administrar terapias a sujetos humanos. Sin embargo, las aplicaciones humanas del ARNi han tenido limitaciones significativas para su éxito. Una de ellas es la ineficacia. [2] También existe la posibilidad de que estas terapias puedan desencadenar la inmunidad innata . [4] Los modelos animales no han logrado representar con precisión el alcance de esta respuesta en humanos. Por lo tanto, estudiar los efectos de las terapias con ARNi ha sido un desafío.  

En los últimos años, se han aprobado terapias con ARNi y se han establecido nuevos métodos para superar estos desafíos. Hay terapias aprobadas disponibles para uso comercial y varias actualmente en desarrollo a la espera de obtener aprobación. [7] [8]

Mecanismo

El mecanismo por el cual el ARNi natural provoca el silenciamiento genético a través de la represión de la traducción ocurre de la siguiente manera:

Mecanismo del ARNi
  1. El ARN de doble cadena largo (que puede proceder de ARN en horquilla, ARN complementarios y ARN polimerasas dependientes de ARN) es cortado por una endoribonucleasa llamada Dicer . Dicer corta el ARN de doble cadena largo para formar ARN interferente corto o ARNi; esto es lo que permite que las moléculas formen el complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC).
  2. Una vez que el ARNi ingresa a la célula, se incorpora a otras proteínas para formar el RISC .
  3. Una vez que el ARNi forma parte del complejo RISC, se desenrolla para formar un ARNi monocatenario.
  4. La hebra que es termodinámicamente menos estable debido a su apareamiento de bases en el extremo 5' se elige para seguir siendo parte del complejo RISC.
  5. El ARNi monocatenario que forma parte del complejo RISC ahora puede escanear y encontrar un ARNm complementario
  6. Una vez que el ARNi monocatenario (parte del complejo RISC) se une a su ARNm objetivo, induce la escisión del ARNm .
  7. El ARNm se corta y la célula lo reconoce como anormal, lo que provoca su degradación y, a su vez, la no traducción del ARNm a aminoácidos y, luego, a proteínas, lo que silencia el gen que codifica ese ARNm.

El ARNi también es similar al miARN , sin embargo, los miARN se derivan de productos de ARN de tallo más cortos. Los miARN normalmente silencian genes mediante la represión de la traducción y tienen una especificidad de acción más amplia, mientras que los ARNi normalmente funcionan con mayor especificidad al escindir el ARNm antes de la traducción, con un 100% de complementariedad. [9] [10]

Inducción de RNAi utilizando siRNAs o sus precursores biosintéticos

Proteína Dicer coloreada por dominio proteico .

La supresión génica mediante la transfección de ARNi exógeno suele ser insatisfactoria porque el efecto es solo transitorio, especialmente en células que se dividen rápidamente. Esto se puede superar creando un vector de expresión para el ARNi. La secuencia del ARNi se modifica para introducir un bucle corto entre las dos hebras. La transcripción resultante es un ARN de horquilla corta (shRNA), que Dicer puede procesar en un ARNi funcional de la forma habitual. [11] Los casetes de transcripción típicos utilizan un promotor de la ARN polimerasa III (p. ej., U6 o H1) para dirigir la transcripción de ARN nucleares pequeños (snRNA) (U6 está involucrado en el empalme del ARN ; H1 es el componente ARNasa de la ARNasa P humana). Se teoriza que la transcripción del ARNi resultante luego es procesada por Dicer .

La eficiencia de la eliminación de genes también se puede mejorar mediante el uso de compresión celular . [12]

La actividad de los siRNA en el RNAi depende en gran medida de su capacidad de unión al complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC). La unión del siRNA dúplex al RISC es seguida por el desenrollado y la escisión de la cadena sentido con endonucleasas. El complejo RISC-cadena antisentido restante puede entonces unirse a los ARNm objetivo para iniciar el silenciamiento transcripcional. [13]

Activación del ARN

Se ha descubierto que el dsRNA también puede activar la expresión génica, un mecanismo que se ha denominado "activación génica inducida por ARN pequeño" o RNAa . Se ha demostrado que los dsRNA que se dirigen a los promotores de genes inducen una potente activación transcripcional de los genes asociados. El RNAa se demostró en células humanas utilizando dsRNA sintéticos, denominados " ARN activadores pequeños " (saRNA). Actualmente no se sabe cuán conservado está el RNAa en otros organismos. [14] Un informe sobre el mosquito Aedes aegypti ha demostrado que hay alguna evidencia de RNAa y se puede lograr mediante dsRNA cortos o largos que se dirijan a las regiones promotoras. [15]

Silenciamiento génico postranscripcional

El silenciamiento génico postranscripcional inducido por siRNA se inicia con el ensamblaje del complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC). El complejo silencia cierta expresión génica al escindir las moléculas de ARNm que codifican los genes diana. Para comenzar el proceso, una de las dos hebras de siRNA, la hebra guía (hebra antisentido), se cargará en el RISC mientras que la otra hebra, la hebra pasajera (hebra sentido), se degrada. Ciertas enzimas Dicer pueden ser responsables de cargar la hebra guía en el RISC. [16] Luego, el siRNA busca y dirige al RISC hacia una secuencia perfectamente complementaria en las moléculas de ARNm. [17] Se cree que la escisión de las moléculas de ARNm está catalizada por el dominio Piwi de las proteínas Argonaute del RISC. Luego, la molécula de ARNm se corta con precisión al escindir el enlace fosfodiéster entre los nucleótidos diana que están emparejados con los residuos de siRNA 10 y 11, contando desde el extremo 5'. [18] Esta escisión da como resultado fragmentos de ARNm que son degradados aún más por exonucleasas celulares . El fragmento 5' es degradado desde su extremo 3' por exosoma mientras que el fragmento 3' es degradado desde su extremo 5' por la exoribonucleasa 5' -3' 1 ( XRN1 ). [19] La disociación de la cadena de ARNm objetivo de RISC después de la escisión permite silenciar más ARNm. Es probable que este proceso de disociación sea promovido por factores extrínsecos impulsados ​​por la hidrólisis de ATP . [18]

En ocasiones, no se produce la escisión de la molécula de ARNm diana. En algunos casos, la escisión endonucleolítica de la cadena principal de fosfodiéster puede verse suprimida por desajustes entre el ARNi y el ARNm diana cerca del sitio de escisión. En otras ocasiones, las proteínas Argonauta del RISC carecen de actividad endonucleasa incluso cuando el ARNm diana y el ARNi están perfectamente emparejados. [18] En tales casos, la expresión génica se silenciará mediante un mecanismo inducido por miRNA [17]

Una versión simplificada del método Ping-Pong, que involucra las proteínas Aubergine (Aub) y Argonaute-3 (Ago3) que escinden los extremos 3' y 5' del piRNA.

[2]

Los ARN que interactúan con Piwi son responsables del silenciamiento de los transposones y no son ARNi. [20] Los ARN que interactúan con PIWI (ARNpi) son una clase recientemente descubierta de ARN pequeños no codificantes (ARNnc) con una longitud de 21 a 35 nucleótidos. Desempeñan un papel en la regulación de la expresión génica, el silenciamiento de transposones y la inhibición de infecciones virales. Considerados en el pasado como la "materia oscura" de los ARNnc, los ARNi surgieron como actores importantes en múltiples funciones celulares en diferentes organismos. [21]

Silenciamiento génico transcripcional

Muchos organismos modelo, como plantas ( Arabidopsis thaliana ), levaduras ( Saccharomyces cerevisiae ), moscas ( Drosophila melanogaster ) y gusanos ( C. elegans ), se han utilizado para estudiar el silenciamiento de genes transcripcionales dirigido por ARN pequeño no codificante. En células humanas, el silenciamiento de genes transcripcionales dirigido por ARN se observó hace una década cuando los ARNi exógenos silenciaron un promotor del factor de elongación 1 α transgénico que impulsaba un gen reportero de la proteína fluorescente verde (GFP). [22] Los principales mecanismos de silenciamiento de genes transcripcionales (TGS) que involucran la maquinaria de ARNi incluyen la metilación del ADN, las modificaciones postraduccionales de las histonas y la posterior remodelación de la cromatina alrededor del gen objetivo en un estado heterocromático. [22] Los ARNi se pueden incorporar a un complejo de silenciamiento transcripcional inducido por ARN (RITS). Un complejo RITS activo desencadenará la formación de heterocromatina alrededor del ADN que coincide con el ARNi, silenciando efectivamente los genes en esa región del ADN.

Aplicaciones: Silenciamiento de genes específicos de alelos

Una de las aplicaciones más potentes de los ARNi es la capacidad de distinguir la secuencia diana de la secuencia no diana con una diferencia de un solo nucleótido. Este enfoque se ha considerado crucial desde el punto de vista terapéutico para el silenciamiento de los trastornos de ganancia de función dominante (GOF), en los que el alelo mutante que causa la enfermedad se diferencia del alelo wt por un solo nucleótido (nt). Estos tipos de ARNi con la capacidad de distinguir una diferencia de un solo nt se denominan ARNi específicos de alelo. [2]

ASP-RNAi es una categoría innovadora de RNAi con el objetivo de suprimir el alelo mutante dominante mientras se preserva la expresión del alelo normal correspondiente con la especificidad de las diferencias de un solo nucleótido entre los dos. [2] Los ASP-siRNA son potencialmente una alternativa correctiva novedosa y mejor para el tratamiento de trastornos genéticos autosómicos dominantes, especialmente en casos donde la expresión del alelo de tipo salvaje es crucial para la supervivencia del organismo, como la enfermedad de Huntington (HD), la distonía DYT1 (Gonzalez-Alegre et al. 2003, 2005), la enfermedad de Alzheimer (Sierant et al. 2011), la enfermedad de Parkinson (PD) (Takahashi et al. 2015), la esclerosis lateral amiloide (ELA) (Schwarz et al. 2006) y la enfermedad de Machado-Joseph (Alves et al. 2008). También se ha evaluado su potencial terapéutico para diversos trastornos de la piel, como la epidermólisis ampollosa simple (Atkinson et al., 2011), la queratodermia palmoplantar epidermolítica (EPPK) (Lyu et al., 2016) y la distrofia corneal reticular tipo I (LCDI) (Courtney et al., 2014). [2]

Desafíos: evitar efectos no específicos

El ARNi se intersecta con varias otras vías; a partir de 2010 no era sorprendente que, en ocasiones, la introducción experimental de un ARNi desencadenara efectos no específicos. [23] [24] Cuando una célula de mamífero encuentra un ARN bicatenario como un ARNi, puede confundirlo con un subproducto viral y desencadenar una respuesta inmunitaria. Además, debido a que los microARN estructuralmente relacionados modulan la expresión génica en gran medida a través de interacciones de pares de bases de complementariedad incompleta con un ARNm objetivo , la introducción de un ARNi puede causar una desviación no deseada. Las modificaciones químicas del ARNi pueden alterar las propiedades termodinámicas que también resultan en una pérdida de la especificidad de un solo nucleótido. [25]

Inmunidad innata

La introducción de demasiados siRNA puede dar lugar a eventos no específicos debido a la activación de respuestas inmunes innatas. [26] La mayoría de la evidencia hasta la fecha sugiere que esto probablemente se debe a la activación del sensor de dsRNA PKR, aunque el gen I inducible por ácido retinoico (RIG-I) también puede estar involucrado. [27] También se ha descrito la inducción de citocinas a través del receptor tipo toll 7 (TLR7). La modificación química del siRNA se emplea para reducir la activación de la respuesta inmune innata para la función génica y aplicaciones terapéuticas. Un método prometedor para reducir los efectos no específicos es convertir el siRNA en un microRNA. [28] Los microRNA se producen de forma natural, y al aprovechar esta vía endógena debería ser posible lograr una eliminación génica similar a concentraciones comparativamente bajas de siRNA resultantes. Esto debería minimizar los efectos no específicos.

Fuera de objetivo

Otro desafío para el uso de los ARNi como una herramienta de supresión de genes es la falta de orientación. [24] Aquí, los genes con complementariedad incompleta son regulados a la baja inadvertidamente por el ARNi (en efecto, el ARNi actúa como un miARN), lo que lleva a problemas en la interpretación de los datos y a una posible toxicidad. Sin embargo, esto se puede abordar en parte diseñando experimentos de control adecuados, y actualmente se están desarrollando algoritmos de diseño de ARNi para producir ARNi libres de falta de orientación. El análisis de la expresión de todo el genoma, por ejemplo, mediante tecnología de microarrays, se puede utilizar para verificar esto y refinar aún más los algoritmos. Un artículo de 2006 del laboratorio de la Dra. Khvorova implica tramos de 6 o 7 pares de bases de longitud desde la posición 2 en adelante en la coincidencia del ARNi con las regiones 3'UTR en genes fuera de orientación. [29] La herramienta de predicción de ARNi fuera del objetivo está disponible en http://crdd.osdd.net/servers/aspsirna/asptar.php y publicada como recurso ASPsiRNA. [30]

Respuestas inmunes adaptativas

Los ARN simples pueden ser inmunógenos deficientes, pero se pueden crear fácilmente anticuerpos contra complejos ARN-proteína. Muchas enfermedades autoinmunes presentan este tipo de anticuerpos. Todavía no ha habido informes de anticuerpos contra ARNi unidos a proteínas. Algunos métodos para la administración de ARNi agregan polietilenglicol (PEG) al oligonucleótido, lo que reduce la excreción y mejora la vida media circulante. Sin embargo, recientemente Regado Biosciences tuvo que interrumpir un gran ensayo de fase III de aptámero de ARN PEGilado contra el factor IX debido a una reacción anafiláctica grave a la parte PEG del ARN. Esta reacción provocó la muerte en algunos casos y plantea importantes preocupaciones sobre la administración de ARNi cuando se utilizan oligonucleótidos PEGilados. [31]

Saturación de la maquinaria de RNAi

La transfección de siRNA en células típicamente reduce la expresión de muchos genes, sin embargo, también se observa la regulación positiva de genes. La regulación positiva de la expresión génica puede explicarse parcialmente por los genes diana predichos de los miRNA endógenos. Los análisis computacionales de más de 150 experimentos de transfección de siRNA respaldan un modelo donde los siRNA exógenos pueden saturar la maquinaria de RNAi endógena, lo que resulta en la desrepresión de los genes regulados por miRNA endógenos. [32] Por lo tanto, mientras que los siRNA pueden producir efectos no deseados fuera del objetivo, es decir, la regulación negativa no deseada de los mRNA a través de una coincidencia de secuencia parcial entre el siRNA y el objetivo, la saturación de la maquinaria de RNAi es otro efecto inespecífico distinto, que involucra la desrepresión de los genes regulados por miRNA y resulta en problemas similares en la interpretación de datos y toxicidad potencial. [33]

Modificación química

Los ARNi se han modificado químicamente para mejorar sus propiedades terapéuticas. El ARN interferente corto (ARNi) debe administrarse al sitio de acción en las células de los tejidos objetivo para que el ARNi cumpla su promesa terapéutica. En la literatura científica se conserva manualmente una base de datos detallada de todas estas modificaciones químicas como siRNAmod. [34] La modificación química del ARNi también puede provocar inadvertidamente la pérdida de la especificidad de un solo nucleótido. [35]

Aplicaciones terapéuticas y desafíos

Dada la capacidad de derribar, en esencia, cualquier gen de interés, el RNAi a través de siRNA ha generado un gran interés tanto en biología básica [36] como en biología aplicada. [37]

Uno de los mayores desafíos para las terapias basadas en siRNA y RNAi es la administración intracelular. [38] El siRNA también tiene una estabilidad y un comportamiento farmacocinético débiles . [39] La administración de siRNA a través de nanopartículas ha demostrado ser prometedora. [38] Los oligos de siRNA in vivo son vulnerables a la degradación por endonucleasas y exonucleasas plasmáticas y tisulares [40] y han demostrado solo una efectividad leve en sitios de administración localizados, como el ojo humano. [41] La administración de ADN puro a los organismos objetivo es un desafío porque su gran tamaño y estructura evitan que se difunda fácilmente a través de las membranas . [38] Los oligos de siRNA evitan este problema debido a su pequeño tamaño de 21-23 oligos. [42] Esto permite la administración a través de vehículos de administración a nanoescala llamados nanovectores. [41]

Un buen nanovector para la administración de ARNi debe proteger al ARNi de la degradación, enriquecerlo en el órgano diana y facilitar la captación celular del ARNi. [40] Los tres grupos principales de nanovectores de ARNi son: basados ​​en lípidos, orgánicos no lipídicos e inorgánicos. [40] Los nanovectores basados ​​en lípidos son excelentes para administrar ARNi a tumores sólidos, [40] pero otros tipos de cáncer pueden requerir diferentes nanovectores orgánicos no lipídicos, como las nanopartículas basadas en ciclodextrina . [40] [43]

Se ha demostrado que los ARNi administrados a través de nanopartículas basadas en lípidos tienen potencial terapéutico para los trastornos del sistema nervioso central ( SNC) . [44] Los trastornos del sistema nervioso central no son poco comunes, pero la barrera hematoencefálica (BHE) a menudo bloquea el acceso de posibles terapias al cerebro . [44] Se ha demostrado que los ARNi que se dirigen y silencian las proteínas de eflujo en la superficie de la BHE crean un aumento en la permeabilidad de la BHE. [44] El ARNi administrado a través de nanopartículas basadas en lípidos puede atravesar la BHE por completo. [44]

Una gran dificultad en la administración de ARNi es el problema de la orientación incorrecta. [38] [41] Dado que los genes se leen en ambas direcciones, existe la posibilidad de que incluso si se lee la cadena de ARNi antisentido deseada y se elimina el ARNm objetivo, la cadena de ARNi con sentido puede apuntar a otra proteína involucrada en otra función. [45]

Los resultados de la fase I de los dos primeros ensayos terapéuticos de ARNi (indicados para la degeneración macular relacionada con la edad , también conocida como DMAE) informados a fines de 2005 indican que los ARNi son bien tolerados y tienen propiedades farmacocinéticas adecuadas. [46]

En un ensayo clínico de fase 1, se administró ARNi a 41 pacientes con cáncer avanzado con metástasis en el hígado mediante nanopartículas lipídicas . El ARNi se dirigió a dos genes que codifican proteínas clave en el crecimiento de las células cancerosas, el factor de crecimiento endotelial vascular ( VEGF ) y la proteína del huso kinesina ( KSP ). Los resultados mostraron beneficios clínicos, ya sea con la estabilización del cáncer después de seis meses o con la regresión de la metástasis en algunos de los pacientes. El análisis farmacodinámico de las muestras de biopsia de los pacientes reveló la presencia de las construcciones de ARNi en las muestras, lo que demuestra que las moléculas alcanzaron el objetivo previsto. [47] [48]

Los ensayos de prueba de concepto han indicado que los ARNi dirigidos contra el ébola pueden ser eficaces como profilaxis posterior a la exposición en humanos, y que el 100% de los primates no humanos sobreviven a una dosis letal del virus del Ébola de Zaire, la cepa más letal. [49]

En la actualidad, los ARNi se sintetizan químicamente y, por lo tanto, están legalmente clasificados dentro de la UE y en los EE. UU. como medicamentos simples. Pero como los ARNi bioingeniería (BERA) están en desarrollo, se clasificarían como medicamentos biológicos, al menos en la UE. El desarrollo de la tecnología BERA plantea la cuestión de la categorización de medicamentos que tienen el mismo mecanismo de acción pero se producen química o biológicamente. Esta falta de coherencia debería abordarse. [50]

Entrega intracelular

Existe un gran potencial para que la interferencia de ARN (ARNi) se utilice terapéuticamente para silenciar reversiblemente cualquier gen. Para que la interferencia de ARN alcance su potencial terapéutico, el ARN interferente pequeño (ARNi) debe administrarse al sitio de acción en las células de los tejidos diana. Pero encontrar mecanismos de administración seguros y eficientes es un obstáculo importante para lograr todo el potencial de las terapias basadas en ARNNi. El ARNNi sin modificar es inestable en el torrente sanguíneo, tiene el potencial de causar inmunogenicidad y tiene dificultad para navegar fácilmente por las membranas celulares. [51]  Como resultado, se necesitan alteraciones químicas y/o herramientas de administración para transferir de forma segura el ARNNi a su sitio de acción. [51] Hay tres técnicas principales de administración de ARNNi que difieren en eficiencia y toxicidad.

Transfección

En esta técnica, primero se debe diseñar el siRNA contra el gen objetivo. Una vez que el siRNA está configurado contra el gen, se debe administrar de manera efectiva a través de un protocolo de transfección. La administración generalmente se realiza mediante liposomas catiónicos , nanopartículas de polímero y conjugación de lípidos. [52] Este método es ventajoso porque puede administrar siRNA a la mayoría de los tipos de células, tiene alta eficiencia y reproducibilidad y se ofrece comercialmente. Los reactivos comerciales más comunes para la transfección de siRNA son Lipofectamine y Neon Transfection. Sin embargo, no es compatible con todos los tipos de células y tiene baja eficiencia in vivo. [53] [54]

Electroporación

Los pulsos eléctricos también se utilizan para administrar ARNi intracelularmente a las células. La membrana celular está hecha de fosfolípidos, lo que la hace susceptible a un campo eléctrico. Cuando se inician pulsos eléctricos rápidos pero potentes, las moléculas de lípidos se reorientan, mientras experimentan transiciones de fase térmicas debido al calentamiento. Esto da como resultado la creación de poros hidrófilos y perturbaciones localizadas en la membrana celular de la bicapa lipídica, lo que también causa una pérdida temporal de semipermeabilidad. Esto permite el escape de muchos contenidos intracelulares, como iones y metabolitos, así como la absorción simultánea de fármacos, sondas moleculares y ácidos nucleicos. Para las células que son difíciles de transfectar, la electroporación es ventajosa, sin embargo, la muerte celular es más probable con esta técnica. [55]

Este método se ha utilizado para administrar ARNi dirigido al VEGF en tumores xenoinjertados en ratones desnudos, lo que dio como resultado una supresión significativa del crecimiento del tumor. [56]

Entrega mediada por virus

Los efectos de silenciamiento génico del ARNi diseñado transfectado son generalmente transitorios, pero esta dificultad se puede superar a través de un enfoque de ARNi. La entrega de este ARNi a partir de plantillas de ADN se puede realizar a través de varios vectores virales recombinantes basados ​​en retrovirus, virus adenoasociados, adenovirus y lentivirus . [57] Este último es el virus más eficiente que entrega de manera estable ARNi a las células objetivo, ya que puede transducir células que no se dividen, así como dirigirse directamente al núcleo. [58] Estos vectores virales específicos se han sintetizado para facilitar de manera efectiva el ARNi que no es viable para la transfección en células. Otro aspecto es que, en algunos casos, los vectores virales sintéticos pueden integrar el ARNi en el genoma celular, lo que permite la expresión estable del ARNi y la eliminación de genes a largo plazo. Esta técnica es ventajosa porque es in vivo y efectiva para células difíciles de transfectar. Sin embargo, surgen problemas porque puede desencadenar respuestas antivirales en algunos tipos de células, lo que lleva a efectos mutagénicos e inmunogénicos.

Este método tiene un uso potencial en el silenciamiento de genes del sistema nervioso central para el tratamiento de la enfermedad de Huntington . [59]

Terapias

Una década después del descubrimiento del mecanismo de RNAi en 1993, el sector farmacéutico invirtió fuertemente en la investigación y desarrollo de la terapia de siRNA. Existen varias ventajas que esta terapia tiene sobre las moléculas pequeñas y los anticuerpos. Puede administrarse trimestralmente o cada seis meses. Otra ventaja es que, a diferencia de las moléculas pequeñas y los anticuerpos monoclonales que necesitan reconocer la conformación específica de una proteína, el siRNA funciona mediante el emparejamiento de bases Watson-Crick con el ARNm. Por lo tanto, cualquier molécula objetivo que necesite ser tratada con alta afinidad y especificidad puede seleccionarse si está disponible la secuencia de nucleótidos correcta. [39] Uno de los mayores desafíos que los investigadores tuvieron que superar fue la identificación y el establecimiento de un sistema de administración a través del cual las terapias ingresarían al cuerpo. Y que el sistema inmunológico a menudo confunde las terapias de RNAi con restos de agentes infecciosos, que pueden desencadenar una respuesta inmune. [4] Los modelos animales no representaron con precisión el grado de respuesta inmune que se observó en humanos y, a pesar de la promesa del tratamiento, los inversores se deshicieron del RNAi. [4]

Sin embargo, hubo algunas empresas que continuaron con el desarrollo de la terapia de ARNi para humanos. Alnylam Pharmaceuticals , Sirna Therapeutics y Dicerna Pharmaceuticals son algunas de las empresas que aún trabajan en llevar terapias de ARNi al mercado. Se supo que casi todas las terapias de ARNi administradas en el torrente sanguíneo se acumulaban en el hígado. Es por eso que la mayoría de los primeros objetivos farmacológicos eran enfermedades que afectaban al hígado. El trabajo de desarrollo repetido también arrojó luz sobre la mejora de la composición química de la molécula de ARN para reducir la respuesta inmune, causando posteriormente pocos o ningún efecto secundario. [60] A continuación, se enumeran algunas de las terapias aprobadas o terapias en desarrollo.

Productos farmacéuticos Alnylam

En 2018, Alnylam Pharmaceuticals se convirtió en la primera empresa en tener una terapia de ARNi aprobada por la FDA . Onpattro (patisiran) fue aprobado para el tratamiento de la polineuropatía de la amiloidosis hereditaria mediada por transtiretina (hATTR) en adultos. hATTR es una enfermedad poco común y progresivamente debilitante. Durante la amiloidosis hATTR, la proteína transtiretina (TTR) mal plegada se deposita en el espacio extracelular. En condiciones de plegamiento típicas, los tetrámeros de TTR están formados por cuatro monómeros. La amiloidosis ATTR hereditaria es causada por una falla o mutación en el gen de la transtiretina (TTR) que se hereda. Cambiar solo un aminoácido cambia las proteínas transtiretina tetraméricas, lo que da como resultado una proteína transtiretina tetramérica inestable que se agrega en monómeros y forma depósitos amiloide extracelulares insolubles. La acumulación de amiloide en varios sistemas orgánicos causa miocardiopatía, polineuropatía y disfunción gastrointestinal. Afecta a 50.000 personas en todo el mundo. Para administrar el fármaco directamente al hígado, el ARNi se encierra en una nanopartícula lipídica. La molécula de ARNi detiene la producción de proteínas amiloides al interferir con la producción de ARN de las proteínas TTR anormales. Esto evita la acumulación de estas proteínas en diferentes órganos del cuerpo y ayuda a los pacientes a controlar esta enfermedad. [61] [62]

Tradicionalmente, el trasplante de hígado ha sido el tratamiento estándar para la amiloidosis hereditaria por transtiretina, sin embargo, su eficacia puede verse limitada por la deposición persistente de amiloide transtiretina de tipo salvaje después del trasplante. También existen medicamentos de moléculas pequeñas que brindan un alivio temporal. Antes de que se lanzara Onpattro, las opciones de tratamiento para hATTR eran limitadas. Después de la aprobación de Onpattro, la FDA otorgó a Alnylam la Designación de Terapia Innovadora, que se otorga a los medicamentos que están destinados a tratar una enfermedad grave y son una mejora sustancial con respecto a cualquier terapia disponible. También se le otorgaron las Designaciones de Medicamento Huérfano que se otorgan a aquellos tratamientos que están destinados a tratar de manera segura enfermedades que afectan a menos de 200.000 personas. [63]

Junto con Onpattro, también se ha descubierto otro fármaco terapéutico de interferencia de ARN (Partisiran) que tiene la propiedad de inhibir la síntesis hepática de transtiretina. El ARN mensajero (ARNm) diana se escinde como resultado de pequeños ARN interferentes acoplados al complejo de silenciamiento inducido por ARN . Patisiran, un fármaco terapéutico de ARNi en investigación, utiliza este proceso para disminuir la producción de transtiretina mutante y de tipo salvaje al escindir la región 3-no traducida del ARNm de transtiretina. [64]

En 2019, la FDA aprobó la segunda terapia de ARNi, Givlaari (givosiran), que se utiliza para tratar la porfiria hepática aguda (AHP). La enfermedad es causada por la acumulación de moléculas tóxicas de porfobilinógeno (PBG) que se forman durante la producción de hemo. Estas moléculas se acumulan en diferentes órganos y esto puede provocar los síntomas o ataques de AHP.

Givlaari es un fármaco de ARNi que regula negativamente la expresión de la sintetasa del ácido aminolevulínico 1 (ALAS1), una enzima hepática que participa en un paso temprano en la producción del hemo. La regulación negativa de ALAS1 reduce los niveles de intermediarios neurotóxicos que causan los síntomas de la AHP. [39]

Años de investigación han permitido comprender mejor las terapias con ARNi más allá de las que afectan al hígado. En 2019, Alnylam Pharmaceuticals participó en terapias que pueden tratar la amiloidosis y trastornos del sistema nervioso central, como la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Alzheimer . [4] También se han asociado con Regeneron Pharmaceuticals para desarrollar terapias para enfermedades del sistema nervioso central, oculares y hepáticas.

En 2020, ONPATTRO y GIVLAARI estaban disponibles para su aplicación comercial, y dos ARNi, lumasiran (ALN-GO1) e inclisiran , se han presentado para su solicitud de nuevo fármaco ante la FDA. Varios ARNi se encuentran en estudios clínicos de fase 3, y hay más candidatos en la etapa inicial de desarrollo. [39] En 2020, las compañías farmacéuticas Alnylam y Vir anunciaron una asociación y comenzaron a trabajar en una terapia de ARNi que trataría los casos graves de COVID-19. [65]

Otras empresas que han tenido éxito en el desarrollo de una línea de terapias de ARNi son Dicerna Pharmaceuticals, en asociación con Eli Lilly and Company , y Arrowhead Pharmaceuticals, en asociación con Johnson and Johnson . Varias otras grandes compañías farmacéuticas, como Amgen y AstraZeneca, también han invertido mucho en terapias de ARNi, ya que ven el éxito potencial de esta área de medicamentos biológicos. [66]

Véase también

Referencias

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