RESPONSIVE LEADERBOARD AD AREA
生物医药

基因组时代的药物研发技术

car2







编者按:美国斯克里普斯研究所报道,佛罗里达州斯克里普斯研究所的科学家开发了名为Inforna的先导小分子设计方法,该方法首次实现了仅利用RNA序列合理设计了治疗用小分子。


1 “第三大主要药物开发

基因组时代的药物研发技术

编者按:美国斯克里普斯研究所报道,佛罗里达州斯克里普斯研究所的科学家开发了名为Inforna的先导小分子设计方法,该方法首次实现了仅利用RNA序列合理设计了治疗用小分子。

1 “第三大主要药物开发平台”

众所周知的是,当前的新药开发陷入了困境,利用传统方法筛选具有良好的药理活性、可预测其安全性和药代动力学的小分子药物成本高、风险大。为此,近年来已有越来越多的研究人员将关注点投向了靶向RNA的先导药物筛选——RNA能折叠成复杂的三维结构,因而不同RNA 靶标所具有的独一无二的结构为小分子提供了潜在的结合位点。

事实上,氨基糖苷类抗生素在临床上已经成功应用,许多研究人员也将其作为靶向RNA的药物开发的可行性证据,而美国国防部高级计划研究局(DARPA)也曾设计出以rRNA 为靶标的有效的广谱抗菌药以防御生物恐怖袭击。

然而,由于微RNA(miRNA)的序列短、体内外的差异大,包含环、突等限制因素,靶向miRNA的药物筛选仍然十分困难。但是,在miRNA具备作为治疗靶标的极大吸收力的同时,一些化合物似乎也显示出安全地应用于抑制miRNA的潜力。因此,在欧美地区(尤其是在美国),过去10年间靶向miRNA的专利呈现出指数增长的态势,以Marina Biotech、Rosetta Genomics、Santaris Pharma、RXi Pharmaceuticals、Asuragen、miRagen Therapeutics、Mirna Therapeutics、Regulus Therapeutics、RaNA Therapeutics等公司为代表的开发企业也在不断增多。其中,RaNA Therapeutics的首席执行官Art Krieg更是将寡核苷酸治疗与小分子药物、生物制剂并列为“第三大主要药物开发平台”。

2 药物-RNA序列的相互作用

佛罗里达州斯克里普斯研究所的研究成果Inforna[发表于近期的《自然化学生物学》(Nature Chemical Biology)期刊],描述了挖掘药物-RNA序列相互作用及细胞内RNA序列数据库的算法,从而识别可用于抑制核酸结合位点生物合成的生物活性小分子——尽管利用Inforna仍然可能预测出假阳性的结果,但在实验室该方法的命中率已达44%。而且,通过miRNA表达谱的研究,可以找出最适合在体内产生作用的小分子——与寡核酸相比,这些小分子因其具有良好的细胞透性,因而在药物开发中具有巨大的潜力。

Inforna方法的高命中率表明,该方法比高通量筛选或其他的计算途径(如基于结构的设计等)具有更好的效果。而且,该方法仅需利用序列信息和RNA二级结构(可从序列推断)即可实现生物活性小分子的可靠设计——无需RNA三维结构的信息(基于结构的设计等筛选方法所必需)。

作为例证,研究人员以与胰腺癌等肿瘤相关的miRNA-96为靶标,开发了抑制剂,在实验室中实现了抑制癌细胞生长的同时不影响正常细胞的生长。

3 基因组研究时代的药物靶标研究工具

上述方法的重要性在于,基因组研究时代已经积累了大量的miRNA表达谱数据,然而这些数据目前尚未有效地转化成为有效的治疗工具。如果能以此为靶标进行筛选,那么将在一定程度上解决当前药物靶标研究的局限,从而更好地应对复杂疾病。

而在传统领域的潜在药物靶点鉴别中,随着“癌症基因组图谱研究计划(Cancer Genome Atlas pilot program,TCGA)”等的研究深入,已经有越来越多的研究表明癌症之间存在共同点,同时也可以为个性化用药开发和个性化治疗提供有价值的遗传网络信息。例如,最近对于肌层浸润性膀胱癌的DNA、 RNA 和蛋白质数据分析就揭示了大量有前景的潜在治疗靶点,例如频发突变和融合与FGFR3等其他基因以及PI3-kinase/AKT/mTOR信号通路相关。

4 全基因组中快速鉴别致病突变的新方法

华盛顿大学和 HudsonAlpha 生物技术研究所(HudsonAlpha Institute for Biotechnology)等机构的研究人员则开发了可在全基因组中快速鉴别致病突变的新方法CADD(The Combined Annotation-Dependent Depletion)技术——相比于传统的单个类型的信息(如保守性)评分方法,CADD方法采用了将多个维度的信息进行集成,用于比对模拟突变状态下自然选择。

为了证明其作用,研究人员在人类和黑猩猩的 1 500 万个遗传突变体之中进行了比对,发现全基因组关联研究复杂性状相关的变异 c-scores(GWAS)显著高于对照组。

5 基因组编辑在疾病模型中的应用

而在用于研究的疾病模型方面,包括近年来(尤其是2013年以来)快速发展CRISPR-Cas系统,与之前研究较多的锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases,ZFN)、转录激活因子样效应因子核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases, TALEN)这两种核酸酶一道,构成了基因组编辑的新工具。例如,TALENs已于去年首次用于线粒体基因的编辑,来研究线粒体肌病、线粒体脑病和线粒体脑肌病;通过TALEN技术可以得到miRNAs基因敲除的小鼠模型,成功解决了过去在小鼠中很难进行小基因和含有重复序列基因敲除的难题;利用CRISPR-Cas9进行精确基因编辑、获得的第一批携带定向突变的基因工程猴研究成果已也于近期发表。

此外,位于马萨诸塞州剑桥市的Editas Medicine公司已于去年成立,该公司由5名CRISPR研究领域的专家所创办,旨在研发直接修改与疾病有关的基因来治疗疾病的方法。

本文作者:中国科学院上海生命科学信息中心(生命科学研究快报网

RESPONSIVE AD AREA

涓涓评论评论

匿名发表

Most Popular

RESPONSIVE LEADERBOARD AD AREA
To Top