組織応答性mRNAの超音波アシストエクソソソーム送達による効果の向上とオフターゲット効果の最小化

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Mol Ther Nucleic Acids.2020 Jun;20:558-567. S2162-2531(20)30107-4. doi: 10.1016/j.omtn.2020.03.016.Epub 2020-04-07.

組織応答性mRNAの超音波アシストエクソソソーム送達による効果の向上とオフターゲット効果の最小化

Ultrasound Assisted Exosomal Delivery of Tissue Responsive mRNA for Enhanced Efficacy and Minimized Off-Target Effects.

Wenqi Sun
Changyang Xing
Lianbi Zhao
Ping Zhao
Guodong Yang
Lijun Yuan

PMID: 32334416 PMCID: PMC7182664. DOI: 10.1016/j.omtn.2020.03.016.

抄録

エクソソームを介在させた核酸送達は、遺伝子治療の有望な戦略として浮上してきている。しかし、エクソソソームが他の組織に特異的に取り込まれないことによる本質的なオフターゲット効果は、臨床応用の大きなハードルとなっています。本研究では、組織特異的マイクロRNA（miRNA）によって翻訳的に活性化された遺伝子組換えmRNAを同時にカプセル化し、超音波を用いたマイクロバブル破壊（UTMD）によって標的送達効率を高めることで、有効性を高め、標的外効果を最小限に抑えることを目的としています。簡単に言うと、関心のある転写物の上流側は、2つのmiRNA認識サイトで修飾された内部リボソームエントリーサイト(IRES)を保持するように設計されていた。インビトロレポーター実験の結果、操作されたmRNAはエクソソソームにカプセル化され、レシピエント細胞内の対応するmiRNAによって翻訳的に活性化されることが明らかになった。本研究では、miR-148a（脂肪に比較的特異的なmiRNA）に応答するPGC1α mRNAをエキソソソームにカプセル化し、UTMDを用いてエキソソームを脂肪組織に送達することで、効率的にPGC1αを脂肪組織に送達することが可能であることを明らかにしました。脂肪組織では、効率的なPGC1αの翻訳が活性化され、明らかに褐変が誘導されました。さらに、肺や他の組織では、PGC1αのオフターゲット翻訳がはるかに低かった。以上のことから、我々の研究は、有効性を高め、同時にオフターゲット効果を最小限に抑えるための、新規の脂肪特異的エクソソーム送達戦略を確立した。

Exosome-mediated nucleic acids delivery has been emerging as a promising strategy for gene therapy. However, the intrinsic off-target effects due to non-specific uptake of exosomes by other tissues remain the big hurdle for clinical application. In this study, we aimed to enhance the efficacy and minimize the off-target effects by simultaneously encapsulating engineered mRNA translationally activated by tissue-specific microRNA (miRNA) and increasing targeted delivery efficiency via ultrasound-targeted microbubble destruction (UTMD). Briefly, the upstream of interest transcript was engineered to harbor an internal ribosome entry site (IRES) modified with two miRNA recognition sites. In vitro reporter experiments revealed that the engineered mRNA could be encapsulated into exosomes and can be translationally activated by corresponding miRNAs in the recipient cells. By a proof-of-principle in vivo experiment, we encapsulated miR-148a (an adipose relatively specific miRNA)-responsive PGC1α mRNA into exosomes and delivered the exosomes into the adipose tissue with the aid of UTMD. Efficient PGC1α translation was activated in the adipose tissue, together with obvious browning induction. Moreover, there was much lower off-target translation of PGC1 α in lungs and other tissues. Taken together, our study establishes a novel adipose-specific exosome delivery strategy to enhance efficacy and minimize off-target effects simultaneously.