核酸药物及制药技术

1、第一节 核酸药物及其制药技术v 反义核酸（Antisense nucleic acid)和核酶 (Ribozyme)v RNA干扰 (RNAi)药物v 核酸药物的修饰和给药反义核酸反义RNA分子 ： 可以和目标基因的mRNA互补的 一段寡聚核苷酸分子，它影响mRNA正常功能； 反义DNA分子： 类似于反义RNA分子，可以抑制基 因表达的分子；RNA-DNA嵌合分子：经化学修饰的寡聚核苷酸类似物：Oligo 反义核酸作用机理与前体与前体RNA结合干扰结合干扰RNA剪切和成熟剪切和成熟 与与mRNA结合，封闭核糖体结合位点，影响翻译结合，封闭核糖体结合位点，影响翻译与与mRNA形成形成dsRNA，

2、诱导，诱导RNase H对其降解对其降解与互补与互补DNA结合，形成结合，形成DNA-RNA复合物，复合物，影响影响DNA复制复制特点v 双链RNA（如siRNA ）作用强烈；v 与核酶连接作用更强。核酶（Ribozyme) 核酶不是普通的蛋白质酶，而是一类具催化活性的核酸分子,1980年Cech在嗜热四膜虫中首先发现。目前已知具有催化功能的RNA结构可以分为5种1. 发卡状核酶2. 锤头状核酶3. 型内含子核酶4. RNaseP核酶5. 丁型肝炎病毒核酶天然锤头状核酶示意图GGACA UGGCCUCCUGUCACCGGA35UUUGUUGCUGAUGAGUCCAAGCAGGUUAG底物位点催

3、化活性位点反义核苷酸药物的应用 反义核酸技术在实验室中取得了较好的效果，90年代以来国外一些制药公司开展了若干反义药物的临床实验。 1997年，美国Genta公司研制了针对Bcl2基因的反义药物，用于治疗前列腺癌和其他恶性肿瘤。 美国Hybridon公司研制了针对巨细胞病毒（CMV）感染的反义药物并进行了临床实验。靶向Livin反义核酸诱导肝癌HepG2细胞凋亡并提高其对卡铂.docRNA干扰药物 RNA干扰（RNA interference，RNAi） 是一种由双链RNA诱导的基因表达调控和基因沉默的过程 ，其广泛存在于从植物、无脊椎动物到哺乳动物的各种生物。 RNAi的作用原理 双链RNA

4、诱导诱导RNAi的过程主要分为两个阶段： 启动阶段 执行阶段 RNAi的作用原理 启动阶段 当细胞中由于感染等原因出现双链RNA分子时，细胞中一种称为Dicer的核酸酶就会识别这些双链RNA，并将其降解成21-23bp长的小干扰RNA（siRNA），单链siRNA与一些蛋白形成复合体，构成“RNA诱导的沉默小体” （RNA-induced silencing complex，RISC） 执行阶段 当目标mRNA与RISC中的siRNA完全配对时， RISC就会切割目标RNA，并由细胞中的核酸酶将其进一步降解，从而抑制目标基因的表达启动阶段原理图启动阶段RISCRISC前体Dicer （21-2

5、3bp）siRNA执行阶段原理图执行阶段核酸酶切割胞内其它AAAAAAA切割RISCAAAAAAAmRNA核酸酶切割胞内其它AAAAAAA切割RISCAAAAAAAmRNAsiRNA药物 长链的RNA会诱导细胞合成并分泌干扰素，干扰素又会抑制细胞的蛋白质合成，造成一定的副作用。如果直接用21-23bp的小双链RNA即siRNA，则不会诱导干扰素反应，却能在细胞中激活RISC，发挥抑制基因表达的作用。 siRNA的作用 体外实验和动物模型研究证明siRNA药物可以成功抑制HIV、乙肝病毒、流感病毒、SARS冠状病毒、口蹄疫病毒等的感染。 siRNA还可以治疗一些非感染性疾病：美国正在开发一种治疗

6、老年性黄斑变性的siRNA药物siRNA药物临床研究进展.docsiRNA药物优点与缺点 优点：与反义RNA相似，siRNA作为药物具有目标基因专一 性强 与反义RNA相比，siRNA药物的作用机制更加明确， 效果更加肯定 缺点：siRNA的作用需要与目标RNA间发生完全的配对，因 此对于目标RNA的突变很敏感。个别位点的突变会使 效果大打折扣 在用于抗病毒治疗时，病毒可能出现抗药突变株siRNA的设计和制备siRNA的制备 实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录正义链反义链混合双链RNADicer酶加工Dicer酶加工siRNA构建目标基因两侧分别带

7、有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录正义链构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录反义链正义链构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录正义链构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录反义链正义链构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录反义链正义链构建目标基因两侧分别带有噬菌体

8、T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录反义链正义链构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录Dicer酶加工siRNADicer酶加工siRNADicer酶加工siRNA实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表

9、达质粒反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒混合反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒双链RNA混合反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒Dicer酶加工双链RNA混合反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒siRNADicer酶加工双链RNA混合反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两

10、侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒siRNA的设计和制备 siRNA的设计 应选取对于疾病发生具有至关重要作用，而对细胞的其他功能影响不大的保守基因作为目标基因，再根据目标基因的序列设计siRNA Tom Tuschl根据实验提出了一个设计siRNA的原则： 选择转译起始密码子后50-100碱基的范围，以AA作为正义链的第1，2个核苷酸，GC比为50左右，同时在正义链和反义链的3-都有TT两个核苷酸的突变siRNA的设计和制备 siRNA的制备siRNADicer酶加工双链RNA混合反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒siRN

11、ADicer酶加工双链RNA混合反义链正义链体外转录实验室制法：构建目标基因两侧分别带有噬菌体T7、SP6等启动子的表达质粒大规模的化学合成方法： 可以在合成时加入保护基团增加siRNA的稳定性大规模的化学合成方法： 可以在合成时加入保护基团增加siRNA的稳定性大规模的化学合成方法： 可以在合成时加入保护基团增加siRNA的稳定性核酸药物的修饰和给药 人体内存在大量的核酸酶，在体内应用反义RNA，siRNA等新型核酸药物治疗时，一个关键问题就是保证它们能够抵抗核酸酶的降解并被有效地运输到靶细胞。RNA的化学修饰是一个有效的途径修饰磷酸二酯键修饰核酸修饰骨架化学修饰修饰骨架化学修饰修饰核酸修饰骨架化学修饰修饰磷酸二酯键修饰核酸修饰骨架邓子新Nature Chemical Biology 2007. 核酸药物的修饰和给药 增强核