: 03.12.2014

Новые аналоги нуклеиновых кислот – потенциальное «лекарство для генов»

Фосфорилгуанидиновые олигонуклеотиды благодаря своей способности образовывать комплементарные комплексы с нуклеиновыми кислотами… Стоп-стоп-стоп! Очень вероятно, что для широкой читательской аудитории эта фраза прозвучала обыкновенной тарабарщиной (к большому сожалению для молекулярных биологов). Более того: недавно мне пришлось беседовать с начинающим научным журналистом, который на вопрос о том, знает ли он, как устроена ДНК, о которой он пишет, с какой-то обидой, если не с гордостью, ответил: «Нет – я же журналист, а не биолог»!

Но если мы хотим понять и оценить по достоинству открытие новосибирских ученых, нам не обойтись без элементарных знаний об устройстве этой самой удивительной молекулы (те, кто в курсе, могут пропустить два следующих абзаца; кстати сказать, в том же Яндексе можно найти "ровно" 1 млн ответов на вопрос «как устроена ДНК»). Не вдаваясь в подробности, выделим главное.

Нуклеиновые кислоты, ДНК или РНК (различие между ними для нас непринципиально), представляют собой длинную цепочку из одинаковых «бусин» (сахарных остатков), соединенных через фосфатные группы OPO. К этой цепочке, как шары на браслете, «подвешены» особые соединения – азотистые основания четырех видов (A, T, G, C). Пары этих соединений, «взявшись за руки» (еще один подходящий образ – «замок-ключ»), удерживают вместе две нити ДНК. При этом на случайные связи наложен строгий запрет: каждая пара формируется всегда из одних и тех же оснований (A-T или G-C). Благодаря такому свойствукомплементарности и формируется знаменитая спираль ДНК, состоящая из двух «зеркально отображенных» цепочек.

Второе, что нам следует знать – что представляет собой ген. В самом упрощенном представлении это – короткий участок молекулы ДНК, в котором «зашифрована» структура еще одного важнейшего класса полимеров – белка. Роль букв генетического кода играют триады все тех же, последовательно расположенных бусинок-нуклеотидов: одна тройка кодирует одну аминокислоту. Когда один из наших генов начинает «работать», спираль ДНК расплетается и на ней собирается (также по принципу комплементарности) новая нуклеиновая кислота-посредник – РНК, которая в дальнейшем служит матрицей для белкового синтеза.

Строение ДНК было расшифровано в 1953 г., и еще более десятилетия понадобилось, чтобы окончательно установить генетический код. И уже в 1967 г. в Новосибирске молодой сотрудник лаборатории Института органической химии СО АН СССР Н.И. Гринева предложила гениальную по своей простоте идею направленного воздействия на работу генов, базирующуюся на древнеримском принципе Similia similibus curantur («Подобное излечивается подобным»). Таким «орудием» должны были служить относительно короткие цепочки нуклеиновых кислот (олигонуклеотиды), способные комплементарно связываться с определенными участками клеточных нуклеиновых кислот.

Реализация этой идеи позволила бы создать идеальные лекарства строго направленного действия. Ведь любой ген, будь то бактериальная ДНК или онкоген, способствующий развитию злокачественной опухоли, имеет свою, уникальную последовательность «букв» генетического кода. И можно синтезировать олигонуклеотид, который способен прочесть «кусочек фразы» только этого целевого участка ДНК, и никакого другого. А если к этому олигонуклеотиду присоединить какую-нибудь химическую группировку, способную взаимодействовать с нуклеиновой кислотой (например, уничтожить ее), то мы получим лекарственный препарат, такой же высокоспецифичный, как ракета направленного действия с боезарядом!

Но, как известно, путь от теории, пусть и блестящей, до практики тернист. И идея ген-направленных олигонуклеотидных препаратов не стала исключением, несмотря на немалые успехи, достигнутые за прошедшие полстолетия, – уж слишком сложно функционирует живая клетка, и на клеточном уровне не всегда удается повторить достижения, полученные в «пробирке».

Одно из направлений, над которым работают ученые, – это поиск химической модификации нуклеиновых кислот, которая позволила бы им эффективнее выполнять возложенные на них функции: проникнуть в клетку через липидные мембраны, устоять перед атаками клеточных ферментов, стремящихся уничтожить «чужую» ДНК, и, наконец, распознать и прочно связаться с ДНК-мишенью. И вот здесь мы наконец подходим к открытию фосфорилгуанидинов, которое было сделано прямыми продолжателями дела новосибирских биохимиков прошлого века.

В новых соединениях один из атомов кислорода отрицательно заряженных фосфатных групп, соединяющих соседние звенья-нуклеотиды, заменен на довольно «увесистую» фоосфорилгуанидиновую группировку, в результате чего эти «мостики» становятся электронейтральными. Подобная модификация привела к появлению у новых соединений многих полезных свойств.

Оказалось, что включения одной фосфорилгуанидиновой группы в состав олигонуклеотида достаточно, чтобы затормозить его расщепление в клетке более чем на час, в то время как обычный олигонуклеотид полностью уничтожится ферментами менее чем за пять минут! Но главное в том, что несмотря на немалый размер «довесков», фосфорилгуанидиновые олигонуклеотиды образуют с целевой ДНК комплементарные комплексы, по стабильности не отличающиеся от природной двухцепочечной спирали. Новые соединения хорошо растворимы в воде, а благодаря своей электронейтральности им, теоретически, проще проходить через отрицательно заряженную поверхность липидных клеточных мембран.

Кстати, в составе одного такого олигонуклеотида можно сочетать заряженные и «нейтральные» участки разной протяженности, а оставшиеся «свободными» атомы кислорода фосфатной группы заменить на другие полезные группировки. Такой подход открывает перспективы получения олигонуклеотидов с самыми разнообразными свойствами и «умениями». Биологическая активность первых представителей обширного класса фосфорилгуанидиновых производных нуклеиновых кислот сейчас интенсивно изучается, и их первооткрыватели рассчитывают, что именно такие препараты смогут в будущем бросить вызов ряду тяжелейших болезней, от вирусных и бактериальных инфекций до аутоиммунных и раковых заболеваний.

Новая концепция конструирования терапевтических олигонуклеотидов была названа НОНА (от «не полностью заряженные олигонуклеотидные аналоги»). Название было выбрано не случайно: Ноной звали, как известно, старшую из сестер-богинь судьбы, которая выпрядала нить жизни человека, так напоминающую нитевидную молекулу ДНК…

: 03.12.2014