Ксенонуклеиновые кислоты могут стать лекарством от коронавируса

Создание новых подходов и методов для лечения COVID-19 остается актуальной темой. Противовирусными препаратами нового поколения могут стать ферменты на основе синтетических аналогов нуклеиновых кислот — ксенонуклеиновых кислот, избирательно расщепляющие РНК коронавируса SARS-CoV-2 (XNAzyme). Ранее уже предпринимались попытки создать рибозимы и ДНКзимы, расщепляющие вирусную РНК, однако ни один из них так и не стал лекарством. В частности, ДНКзимы, получившие название «10-23», требует высоких концентраций ионов магния, невозможных в физиологических условиях, иначе их каталитическая активность остается низкой. Есть надежда, что синтетические аналоги ДНК или РНК, в которых заменены азотистые основания, сахара или сахарофосфатная цепь, окажутся устойчивыми и активными.

Исследователи из Кембриджа вместе с коллегами еще в 2014 году создавали различные XNA, теоретически способные хранить и передавать генетическую информацию аналогично ДНК и копироваться на ДНК-матрице, а также обладающие ферментативной активностью, подобно рибозимам. В сентябре 2022 года вышла статья тех же авторов об одном из вариантов XNAзимов — ферментах на основе 2'-дезокси-2'-фтор-β-D- арабинонуклеиновой кислоты, или FANA (рибоза/дезоксирибоза заменена на арабинозу, которая в положении 2' содержит фтор). Эти ферменты были активны в физиологических клеточных условиях и с высокой специфичностью расщепляли РНК онкогенов или эболавируса Заир. Их удалось получить методом селекции (метод похож на селекцию рибозимов и ДНКзимов, но включает этап синтеза XNA на матрице обычной ДНК). XNAзимы нового поколения не требовали высоких концентраций магния и к тому же обладали важным свойством — модульностью. Такую молекулу можно перенацеливать на разные мишени, заменяя участки, которые отвечают за распознавание той или иной РНК.

В новой работе авторы представляют XNAзимы, узнающие и разрезающие участки генома коронавируса SARS-CoV-2. Авторы сравнили последовательности РНК у SARS-CoV-2 и эболавируса Заир, с которым работали ранее, чтобы найти участки, сходные с теми, что хорошо расщеплялись у эболавируса. В итоге выбрали три участка РНК SARS-CoV-2 (ORF7b, ORF1a и участок гена S-белка), которые успешно распознавались и расщеплялись XNAзимами, но при этом не имели сходства с последовательностями человеческого генома, таким образом, не возникало нецелевого узнавания.

Для экспериментов в культуре клеток была создана трехкомпонентная наноструктура в форме пирамиды из трех ранее проверенных XNAзимов, которая обладала более высокой устойчивостью к деградации, чем каждый XNAзим в отдельности. При сборке такой структуры ферментативная активность не снижалась.

Далее клеточную культуру, предварительно транфицированную наноструктурами из XNAзимов, заражали вирусом SARS-CoV-2. Репликация вируса в таких клетках снизилась, то есть XNAзимы не просто расщепляли РНК, а подавляли распространение вируса. При самой высокой концентрации препарата инфицирование снизилось на 75 %.

«Стоит помнить, что успешные вакцины Pfizer и Moderna против COVID-19 основаны на синтетических молекулах РНК, поэтому это действительно захватывающая и быстро развивающаяся область с огромным потенциалом», — говорит доктор Николас Мэтисон из Кембриджского университета, один из авторов работы.

Подавление вирусной инфекции на 75% — хороший результат по сравнению с другими технологиями нокдауна РНК SARS-CoV-2 (такими как миРНК, CRISPR-Cas). Однако оптимизация доставки таких структур в клетки пока остается проблемой. Авторы предполагают, что возможна доставка как «голых» XNAзимов, так и в липидных наночастицах, с помощью пептидов или аптамеров.