Evaluatie van on- en off-target effecten van zelf-geassembleerd EGFR siRNA-afgiftesysteem

In een studie gepubliceerd in de Klinische en translationele geneeskundeevalueerde een onderzoeksgroep van de Universiteit van Nanjing de on- en off-target effecten van een zelf-geassembleerd siRNA-afleversysteem.

RNA-interferentie (RNAi)-therapie omvat de afgifte van klein interfererend RNA (siRNA) aan doelcellen om therapeutische effecten teweeg te brengen. Hoewel siRNA een specifieke binding aan het doelgen vertoont voor on-target-effecten, kan het ook interageren met niet-target-genen, wat resulteert in off-target-effecten. Een van de belangrijkste uitdagingen bij RNAi-therapie ligt dus in het bereiken van een evenwicht tussen on-target- en off-target-effecten om de gewenste on-target-impact te vergroten en tegelijkertijd het bijbehorende off-target-risico te minimaliseren.

De onderzoeksgroep van de Universiteit van Nanjing, bestaande uit Chen-Yu Zhang en Xi Chen, ontwikkelde een unieke aanpak voor de levering van siRNA door de gastheerlever te herprogrammeren om zelfassemblerende siRNA’s te synthetiseren, ingekapseld in kleine extracellulaire blaasjes (sEV’s) voor levering aan specifieke weefsels om verschillende ziekten te behandelen.

In deze studie onderzochten de auteurs verder de on- en off-target effecten van het zelf-geassembleerde siRNA-afgiftesysteem, waarbij ze de uitdagingen van in vivo siRNA-afgifte aanpakken en het therapeutische potentieel en de bioveiligheid ervan benadrukken. Ze benadrukten de superieure potentie van de zelf-geassembleerde siRNA’s bij het tot zwijgen brengen van specifieke doelen vergeleken met synthetische siRNA’s.

Transcriptomische analyse bevestigde verder minimale off-target-effecten in normale weefsels en significante anti-EGFR-effecten in tumorcellen in vivo. Over het geheel genomen biedt de studie veelbelovende inzichten in de therapeutische werkzaamheid en bijwerkingen van het in vivo zelf-geassembleerde siRNA-afgiftesysteem.

Betekenis van de bevindingen

Deze studie heeft de indrukwekkende werkzaamheid onthuld van zelf-geassembleerd, in sEV ingekapseld siRNA, dat krachtige interferentie vertoonde op het EGFR-eiwit met slechts 1/2.000.000 van de synthetische transfectiehoeveelheid. Deze onthulling geeft aan dat de endogeen verwerkte, in sEV ingekapselde siRNA’s naadloos functioneren in ontvangende cellen op fysiologische niveaus, terwijl de accumulatie van suprafysiologische niveaus van synthetische siRNA’s in normale cellen cytotoxiciteit kan veroorzaken.

Daarom is de in vivo zelf-geassembleerde siRNA-afleveringsstrategie niet alleen effectief bij een vrij lage siRNA-concentratie in tumorcellen, maar vertoont deze ook een betere bioveiligheid voor somatische cellen dan synthetische siRNA’s.

De off-target-activiteit van siRNA’s kan leiden tot onvoorziene fenotypes en de therapeutische voordelen van siRNA’s in gevaar brengen. Deze studie beoordeelde nauwgezet de off-target risico’s van in vivo zelf-geassembleerde EGFR-siRNA’s door middel van transcriptomische sequencing.

In normale weefsels werd geen statistisch significante verrijking voor perfecte overeenkomsten tussen het EGFR-siRNA-zaadgebied en 3′-UTR’s van gedownreguleerde transcripten waargenomen. In tumorweefsel onthulde genontologie (GO)-verrijkingsanalyse dat de meeste van de belangrijkste GO-termen nauw verband hielden met EGFR-signalering. De gegevens geven aan dat de off-target effecten in normale weefsels minimaal zijn vergeleken met de on-target effecten die worden waargenomen in tumorcellen.

Met betrekking tot de potentiële risico’s die gepaard gaan met verzadiging van de endogene miRNA-machinerie door exogene siRNA’s, onthulde analyse van miR-122-doelgenen na in vivo zelf-geassembleerde siRNA-behandeling slechts 13 significante veranderingen onder 1.566 potentiële doelwitten.

De meerderheid van de miR-122-doelen vertoonde vergelijkbare expressiepatronen vergeleken met de onbehandelde groep. Deze gegevens geven aan dat in vivo zelf-geassembleerde EGFR-siRNA’s aanwezig zijn op geschikte fysiologische niveaus en weinig kans hebben om hepatotoxiciteit te veroorzaken door verstoringen in de intrinsieke miRNA-routes.

Over het geheel genomen betekent deze studie een nieuwe richting voor RNAi-therapie, met aanzienlijke implicaties voor de klinische adoptie van het in vivo zelfassemblerende siRNA-afgiftesysteem.

In tegenstelling tot conventionele gentherapie vertoont deze methode een hoge specificiteit met minimale off-target risico’s en geen toxische bijwerkingen. Bovendien biedt de studie nieuwe inzichten voor het beoordelen van gevestigde en niet-gevestigde bijwerkingen bij de ontwikkeling van in vivo siRNA-therapie voor diverse genen.