疎水性修飾siRNAの化学構造とホスホロチオエート含有量は、肝外分布と有効性に影響を与える

The chemical structure and phosphorothioate content of hydrophobically modified siRNAs impact extrahepatic distribution and efficacy.

• Annabelle Biscans
• Jillian Caiazzi
• Sarah Davis
• Nicholas McHugh
• Jacquelyn Sousa
• Anastasia Khvorova

抄録

小型干渉RNA（siRNA）は肝臓疾患の治療に革命を起こしてきました。しかし、他の組織への確実なsiRNAの送達は、大きな技術的必要性を示しています。脂質（ドコサン酸、DCA など）を siRNA に結合させることで肝臓外への送達が可能になりますが、組織蓄積性や遺伝子サイレンシング効果は、臨床段階の化合物が肝臓で達成したものに比べて低くなります。しかし、臨床段階の化合物では、組織蓄積性や遺伝子サイレンシング効果が肝臓で得られたものに比べて劣ることが明らかになっている。本研究では、siRNAの足場（構造、ホスホロチオエート（PS）含有量、リンカー組成）が DCA 抱合 siRNA の送達とインビボでの有効性に与える影響を初めて系統的に評価した。我々は、構造の非対称性（5-ntまたは2-ntオーバーハングなど）は蓄積には影響しないが、肝外組織での活性を高めるための主要な因子であることを発見した。同様に、リンカーの化学的性質（開裂性と安定性の違い）は活性を変化させるが、蓄積には影響しなかった。対照的に、PS含有量を増加させると、非対称性化合物の蓄積が促進されたが、有効性には負の影響を与えた。以上の結果から、siRNAの組織蓄積は有効性を完全に定義するものではなく、siRNAの化学構造が活性に与える影響は、細胞内の再分配とエンドソームからの脱出によって駆動されることが示唆された。siRNA の化学構造を微調整して肝外有効性を最適化することは、肝臓以外への RNAi 治療応用を進める上で重要な次のステップである。

Small interfering RNAs (siRNAs) have revolutionized the treatment of liver diseases. However, robust siRNA delivery to other tissues represents a major technological need. Conjugating lipids (e.g. docosanoic acid, DCA) to siRNA supports extrahepatic delivery, but tissue accumulation and gene silencing efficacy are lower than that achieved in liver by clinical-stage compounds. The chemical structure of conjugated siRNA may significantly impact invivo efficacy, particularly in tissues with lower compound accumulation. Here, we report the first systematic evaluation of the impact of siRNA scaffold-i.e. structure, phosphorothioate (PS) content, linker composition-on DCA-conjugated siRNA delivery and efficacy in vivo. We found that structural asymmetry (e.g. 5- or 2-nt overhang) has no impact on accumulation, but is a principal factor for enhancing activity in extrahepatic tissues. Similarly, linker chemistry (cleavable versus stable) altered activity, but not accumulation. In contrast, increasing PS content enhanced accumulation of asymmetric compounds, but negatively impacted efficacy. Our findings suggest that siRNA tissue accumulation does not fully define efficacy, and that the impact of siRNA chemical structure on activity is driven by intracellular re-distribution and endosomal escape. Fine-tuning siRNA chemical structure for optimal extrahepatic efficacy is a critical next step for the progression of therapeutic RNAi applications beyond liver.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.