Спадкова інформація всіх організмів записана в послідовностях природних полімерів, тобто нуклеїнових кислот — дезоксирибонуклеїнової (ДНК) і рибонуклеїнової (РНК). Геноми вірусів і бактерій містять гени, характерні тільки для цих організмів. У генах ракових клітин виникають мутації, відповідальні за їх злоякісне переродження, метастазування й інші біохімічні порушення, котрі відсутні в генах нормальних клітин. Саме ці унікальні нуклеотидні послідовності можуть бути цільовими об’єктами впливу з боку селективних лікарських засобів.
Ними і стали антисмислові (антисенс) препарати — синтетичні одноланцюгові олігодеоксинуклеотиди (короткі полімери з дезоксинуклеотидів), здатні модифікувати клітинну 
РНК й, відповідно, зменшувати, відновлювати або змінювати експресію певного (цільового) білка за допомогою кількох різних механізмів, орієнтуючись на джерело патогенезу.
Завдяки використанню антисмислового підходу можна модулювати синтез аномального/надлишкового/дефіцитного протеїну й, відповідно, «вимикати» патогенез на первинному, молекулярному, рівні.
Нові лікарські засоби для застосування з терапевтичною метою
Створити такі препарати вдалося після детального перегляду спіральної структури ДНК. Це, власне, відкрило шлях до використання нуклеїнових кислот у терапевтичних цілях. Досить давно було з’ясовано: коли в біологічну систему, у котрій міститься безліч молекул різних нуклеїнових кислот, додати олігонуклеотид, то він утворить комплекс із тим відрізком, який має комплементарну йому послідовність. Здатність впізнавати певні нуклеотидні послідовності означає і здатність впізнавати гени, адже в кожному гені можна знайти унікальні, наявні тільки в ньому послідовності нуклеотидів. Навіть у такому величезному геномі, як людський, послідовність із 15 нуклеотидів статистично трапляється тільки один раз. І такої довжини послідовності, у принципі, досить, аби специфічно (вибірково) впливати на обрані гени людини. З технічної точки зору, для реалізації цієї ідеї потрібно лише синтезувати олігонуклеотид, комплементарний попередньо виявленій цільовій ділянці.
Цей терапевтичний підхід вдалося реалізувати з розвитком сучасних технологій, які дали змогу не тільки втілити в життя сміливі молекулярні дизайни, а й визначити нові терапевтичні мішені завдяки поглибленому розумінню патогенезу багатьох захворювань. Подальше вдосконалення методів вивчення біополімерів і революційний розвиток технологій секвенування ДНК посприяли стрімкому накопиченню знань у галузі молекулярної біології та вмілому їх використанню. Були розшифровані геноми людини і багатьох інфекційних агентів, відкрито низку генетичних мутацій і хромосомних перебудов, пов’язаних із канцерогенезом і спадковими хворобами.
Тим часом переосмислено й роль РНК у живих системах: виявилося, що саме ці молекулярні структури забезпечують основні регуляторні функції в клітинах і, відповідно, залучаються в розвиток різних патологічних процесів.
Хвороба, позбавлена сенсу існування
У чому ж полягає антисенс? На початку розвитку цієї технології основними мішенями терапевтичних олігонуклеотидів були матричні РНК, нуклеотидна послідовність яких відповідає смисловій (тобто кодуючій певний білок) ділянці ланцюга ДНК. Тому комплементарні їм олігонуклеотиди, котрі блокували синтез таргетного білка, мали протилежну — антисмислову — послідовність. І згодом виникла ідея назвати так цілий клас препаратів, які діють за тим самим принципом.
Анстисенс-препарати: ефекти і функції
Новітні ліки цього класу можуть проявляти різні ефекти. Наприклад, зв’язування олігонуклеотиду з мРНК у місці ініціації синтезу протеїну зупиняє процес трансляції. А деякі хімічно модифіковані аналоги олігонуклеотидів утворюють із РНК надзвичайно міцні комплекси, спроможні блокувати просування рибосом по матричній РНК — у такий спосіб повністю пригнічуючи синтез протеїну. Далі встановили, що олігонуклеотиди здатні не тільки зв’язуватися з РНК, а й утворювати специфічні комплекси з певними білками. Це знання дає можливість впливати на більшу кількість внутрішньоклітинних процесів.
Отже, регулювати експресію генів за допомогою антисенс-ліків можна на різних рівнях. Традиційні антисмислові олігонуклеотиди, комплементарні послідовності мРНК, пригнічують експресію генів на стадії трансляції. Однак останніми роками увагу дослідників привертають ювелірніші інструменти — некодуючі РНК, зокрема мікроРНК, які регулюють функції таргетних генів значно ефективніше. Втім, у будь-якому випадку ця технологія набуває все більшої популярності — наразі навіть вважають, що антисенсові ліки мають вищі шанси на терапевтичний успіх, аніж препарати, дія яких спрямована на низхідні сигнальні шляхи клітинного ушкодження.
Анстисенс-ліки і їх протипухлинний потенціал
Перевага антисенс-технології полягає в її здатності розпізнавати розташування необхідної послідовності ДНК у заданому гені та розрізняти мутовані онкогени у злоякісних клітинах. Відповідно, антисенс-препарат може бути використаний як інгібітор експресії генів, що знизить ріст пухлини завдяки модуляції основних клітинних функцій та синтезу протеїну. Зменшуючи специфічну експресію гена, індукуючи деградацію цільової мРНК й ініціюючи передчасне припинення транскрипції, антисмислові препарати здатні кардинально впливати на перебіг захворювання, виправляючи аномальну експресію генів та/чи мутації в пухлинних клітинах.
Наразі у клінічних дослідженнях останньої фази оцінюють кустирсен (OGX-011), орієнтований на інгібування онкогенного білка кластерину, специфічного для злоякісних пухлин передміхурової залози та легень.
Крім того, оптимістичну активність при певних солідних пухлинах продемонстрував антисмисловий препарат AZD9150, який узагалі застосовували в режимі монотерапії.
На більш ранніх стадіях вивчення перебувають антисенс-препарати для лікування новоутворень підшлункової залози, меланоми, лімфоми, астроцитоми, колоректальних і солідних пухлин. Щоправда, головна проблема в антисенс-терапії раку — транспортування препарату до пухлини. Розробка відповідних систем доставки лікарських засобів до таргетних клітин і тканин пухлин — один із напрямків, який потребує інтенсивного розвитку, аби все-таки вдалося впровадити ці багатообіцяючі ліки в клінічну практику.
Широке терапевтичне поле
Онкологічні захворювання стали першою, але не єдиною, сферою для випробувань нового класу ліків. Останніми роками активно розвивалася антисмислова терапія метаболічних і серцево-судинних патологій.
Міпомерсен, один із перших антисмислових препаратів, впроваджених у клінічну практику, уже затверджений FDA як ад’ювантна терапія гомозиготної сімейної гіперхолестеринемії. Він знижує рівень аполіпопротеїну — білка, котрий відіграє вирішальну роль у метаболізмі ліпопротеїдів, покращуючи в такий спосіб ліпідний профіль і, зрештою, зменшуючи ризик серцево-судинних захворювань. Подібним чином допомагає нормалізувати рівень ліпопротеїдів низької щільності й воланесорсен — іще один ін’єкційний інгібітор аполіпопротеїну. Цей антисенс-препарат стане в пригоді людям із синдромом сімейної хіломікронемії та деякими іншими генетичними розладами, що супроводжуються ліпідними порушеннями.
Перспективними виявилися антисенс-препарати й при порушеннях згортання крові. Наприклад, доведено, що експериментальний препарат IONIS-FXIRx забезпечує захист від тромбозу глибоких вен шляхом зниження рівня фактора згортання крові XI. Згідно з деякими даними IONIS-FXIRx навіть може бути ефективнішим щодо зниження частоти серцево-судинних захворювань і смертності внаслідок них, ніж традиційні антитромботичні засоби.
Наразі ефективність антисенс-препаратів оцінюють і при численних неврологічних розладах: бічному аміотрофічному склерозі, спадкових хворобах, таких як транстиретиновий амілоїдоз (формі системного амілоїдозу, зумовленого неправильним складанням білка транстиретину, що спричиняє аномалії в багатьох органах і системах, включаючи периферичні нерви, серце, травний тракт) тощо. Сьогодні для лікування системного амілоїдозу, а також сімейної амілоїдної полінейропатії та кардіоміопатії випробовують одразу два перспективні препарати: IONIS-TTRRx і патизиран.
Крім того, на стадії клінічних досліджень перебуває кандидат для лікування хвороби Гантінгтона. Ну і фактично сенсаційними є результати клінічних досліджень тоферсену, ефективність якого вивчали при бічному аміотрофічному склерозі: він значно уповільнював прогресування захворювання. Втім, потрібні подальші дослідження, аби довести безпечність препарату. До того ж, на жаль, антисмислові олігонуклеотиди ще не «навчилися» перетинати гематоенцефалічний бар’єр без ушкоджень, тому здебільшого їх вводять безпосередньо у спинномозкову рідину.
Застосування антисенс-технологій у боротьбі з вірусними інфекціями
Антисенс-технології застосовують протягом багатьох років і для боротьби з вірусними інфекціями. Більш-менш клінічно розвинені синтетичні олігонуклеотиди націлені на:
- РНКвіруси: грипу, лихоманки денге, вірусу Західного Нілу, коронавіруси;
- ДНКвіруси: цитомегаловіруси, гепатиту С.
На ранніх стадіях розробки (досліди на тваринах) перебувають антисмислові препарати проти ентеровірусів і надзвичайно патогенних філовірусів (Марбург та Ебола).
Для інгібування вірусної реплікації можна застосовувати різні антисмислові механізми. Наприклад, зв’язування з вірусною мРНК для блокування трансляції білка або деградації вірусної РНК через механізм РНКази або блокування мікроРНК у клітинах хазяїна, що підтримують вірусну реплікацію. Наразі тривають клінічні випробування кількох таких засобів при різних інфекційних захворюваннях.
Один із найбільш вдалих — міравірсен, модифікований антисмисловий олігонуклеотид, націлений на послідовність miR-122. Але, хоча він і продемонстрував високі результати в клінічних дослідженнях, комерційна доля препарату невідома: терапію цієї хвороби вдалося революціонізувати завдяки введенню ефективних інгібіторів протеаз. Втім, міравірсен усе ще має шанси на успіх, адже добре всім відома здатність різних вірусів формувати резистентність до ліків не виключає розвиток і такого сценарію.
Антисмислові препарати, затверджені регуляторами
Отже, не тільки розробка дієвих антисмислових терапевтичних продуктів, а й їх впровадження в клінічну практику віднедавна стали реальністю. Завдячуючи неймовірному прогресу в дизайні, хімії, синтезі та технологіях доставки таких препаратів вдалося досягнути адекватної стабільності, специфічності й, зрештою, ефективності лікування. На сьогодні вже затверджені регуляторами й застосовуються в клініці:
- Gendicine (Adp53) — для лікування плоскоклітинного раку голови та шиї (у поєднанні з радіотерапією);
- Vitravene (фомівірсен) — для лікування цитомегаловірусного ретиніту;
- Macugen (пегаптаніб) — при віковій дегенерації макули;
- Kynamro (міпомерсен) — для лікування гомозиготної сімейної гіперхолестеринемії;
- Exondys 51 (етеплірсен) — при м’язовій дистрофії Дюшена;
- Defitelio (дефібротид) — при тяжкому облітеруючому ендофлебіті печінкових вен;
- Spinraza (нусінерсен) — для лікування атрофії спинномозкових м’язів.
На фінішну пряму вийшло поки що небагато антисенс-препартів, хоча антисмислова технологія почала давати перші результати, клінічні та комерційні. На жаль, не всі перспективні олігонуклеотидні препарати можуть розраховувати на фінансову підтримку держави, попри прихильність пацієнтів. Цій технології ще не дуже довіряють. І цьому є причини, основні з яких — проблеми зі стабільністю та транспортуванням, а також побічні прояви.
Загалом, дію будь-якого антисмислового олігонуклеотиду прогнозувати поки що важко, його ефективність часто встановлюється напівемпіричним шляхом. Використання синтетичних молекул також нерідко супроводжується побічними явищами. Тому з дистанції клінічних досліджень зійшло набагато більше засобів, аніж потрапило до переліку переможців. Але тенденція останніх років вказує на те, що відкоригувати ці недоліки — справа часу.
Любомира ПРОТАСЮК, спеціально для «ВЗ»
