用于选择性地杀伤细胞的生物活性核苷酸分子、其用途及应用试剂盒的制作方法
【专利摘要】用于选择性地杀伤细胞的生物活性核苷酸分子、其用途以及应用试剂盒。目的在于，在广泛的应用领域内，尽可能有效、可靠和高效地杀伤生物体中的细胞，而不出现上文所述的已知的化学、物理、生物化学或分子生物学方法的缺点。根据本发明，生物活性核苷酸分子(8)经设计，其具有与多个基因的mRNA(7、9、10、11)有结合能力的核苷酸序列，从而通过与其结合，引发多个(特别是大量的)用于细胞杀伤应激状态的“脱靶(off-target)”效应，通过其，不依赖于用于减少单个基因的表达的分子的传统插入，而巨大地影响细胞(2)，以至于杀死细胞或者在细胞(2)中启动程序性细胞死亡(凋亡)。特别地，发现了这些分子用于有针对性地杀死肿瘤细胞或病毒感染的细胞，以及植物细胞和真菌细胞的用途。
【专利说明】用于选择性地杀伤细胞的生物活性核苷酸分子、其用途及应用试剂盒
[0001]本发明涉及可用于选择性地杀伤细胞的基于核苷酸的生物活性分子、所述生物活性分子的用途以及用于应用的应用试剂盒。
[0002]用于选择性地杀伤生物细胞的方法，利用物理学手段的常规方式，如UV辐射、热等(Hsie AW, Brimer PA, Mitchell TJ, Gosslee DG.The dose-response relationshipfor ultraviolet-light—induced mutations at the hypoxanthine-guaninephosphoribosyItransferase locus in Chinese hamster ovary cells.Somatic CellGenet.19750ct ; I (4):383-9.；Gillespie EH、Gibbons SA.Autoclaves and theirdangers and safety in laboratories.J Hyg (Lond).1975Dec ;75 (3):475-87.),或化学物质，例如酸、喊、甲醒(National Toxicology Program.Final Report on CarcinogensBackground Document for Formaldehyde.Rep Carcinog Backgr Doc.20IOJan ；(10-5981):1_512.)，其破坏细胞结构本身。这些手段通常对环境有害并且几乎不能在生物体内使用。为了在生物体中杀伤细胞，使用生物化学手段(蛋白质抑制剂、拮抗剂、细胞抑制剂等)(Tanaka S, Arii S.Current Status of molecularly targeted therapy forhepatocellular Carcinoma:basic science.1nt J Clin Oncol.2010Jun ；15(3):235-41.Epub2010May27.)，其可以大大地影响细胞的生理并因此可以导致细胞的死亡。然而，这些方法却没有一个可以选择性地杀伤生物体中的特定细胞类型，这是因为这些物质对所有细胞同样地起作用。
[0003]选择性地影响细胞的一种分子生物学手段是使用短的、双链RNA。这些所谓的siRNA(短干扰RNA)分子可以在被激活后以常规方式与目标基因的mRNA相互作用并与特定的核糖核酸内切酶一起形成一种名称为“RISC”(RNA诱导的沉默复合物)的RNA-蛋白质复合物。RISC复合物与靶mRNA结合，其中核酸内切酶切割目标mRNA。以这种方式抑制基因表达并由此阻止目标蛋白质的产生。
[0004]已经描述了通过将特异于目标基因mRNA序列片段的短的(19_23bp)、双链RNA分子(siRNA)引入真核细胞来抑制基因表达(Elbashir SM等人:Duplexes of21_nucleotideRNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells, Nature,2001May24,411 (6836) >494-8 ；Liu Y 等人:Efficient and isoform-selective Inhibition ofcellular gene expression by peptide nucleic acids, Biochemistry,2004Feb24>43(7)，1921-7 ;US5，898，031A ;US7，056，704B2)。
[0005]借助于这样的分子，并未阻止基因的阅读和mRNA的产生，而是通过siRNA来起始降解祀mRNA的细胞自身机制。最后，如上文所述，压制特定蛋白质的形成，而不损害其他基因的表达(转录后基因沉默)。
[0006]对于siRNA的目前的应用，通常需要单独压制细胞中单个基因的表达。因此不希望其中多个基因同时地或非特异地被关闭的效应，因而需要对siRNA的序列进行设定，从而阻止这些效应。
[0007]还开发了这样的方法，用siRNA在体内转染目标组织经强化的细胞(Ikeda等人，“Ligand-Targeted Delivery of Therapeutic siRNA，，，Pharmaceutical Research,Vol.23, N0.8, August2006)或通过结合经细胞特异剪切以获得取得细胞特异性的短肽(W02008 / 098569A2)。通过使用经修饰的siRNA分子，可以实现选择性地在特定细胞中降低或者压制基因的表达。
[0008]如果所使用的siRNA序列特异于对细胞存活很重要的基因，则由此可以导致细胞的死亡。此过程可以通过所述的机制(任选也是细胞特异性地)来进行应用。
[0009]然而，缺点是，单个基因或几个基因的关闭常常并不必然会导致这些细胞的死亡；为此通常必须特异性地同时关闭多个基因，以获得所希望的效应。例如，对于治疗性应用而言期望的会是，细胞是否可以被siRNA分子直接杀伤。借此可以非常特异性地杀伤肿瘤细胞或病毒感染的细胞，特别通过使用所述的方法。
[0010]此外，经常存在这样的问题，在肿瘤细胞或病毒感染的细胞的基因组中，常发生突变，因此所使用的SiRNA分子可成为无活性的并由此无法对细胞产生所期望的影响或至少不能被有效利用。
[0011]本发明的目标在于，在广泛的应用领域内，尽可能有效、可靠且高效地杀伤生物体中的细胞，而不出现上文所述的已知的化学、物理、生物化学或分子生物学方法中本身的缺点。
[0012]根据本发明所提供的是生物活性核苷酸分子(例如基于RNA、siRNA、PNA、DNA或LNA的)，其具有与多个其所靶向的基因的mRNA有结合能力的核苷酸序列，从而通过与这些基因的结合，引发多个(更特别是大量的)用于细胞杀伤应激状态的“脱靶(off-target)”效应。
[0013]术语“生物活性核苷酸分于”包含根据本发明的核苷酸分子，其在所有本文所述的条件和应用下发挥其功能。特别是，根据本发明的生物活性核苷酸分子通过引发所谓的“脱靶”效应来发挥其活性。引发细胞杀伤应激状态的“脱靶”效应，其在本发明的背景下理解为这样的生物活性或过程，其中一个核苷酸序列具有多个靶mRNA序列并潜在地影响多个基因的表达或者不依赖于对基因表达的影响而引发细胞应激。
[0014]通过该应激状态，不依赖于用于减少单个基因表达的核苷酸分子特别是siRNA的常规应用，而通过非特异性的核苷酸序列大大地影响细胞，从而杀伤细胞或在细胞中启动程序性细胞死亡(凋亡)。
[0015]虽然如本文开头所述，具有用于结合mRNA的核苷酸序列的核苷酸分子(例如基于siRNA的)是熟知的，然而，那些核苷酸序列每个均是特异性地针对于一个或几个基因的mRNA，以通过与所靶向的目标基因选择性地结合，而在细胞中实施确定的基因操纵并以这种方式实施基因定向的细胞影响。
[0016]通过本发明，对所述核苷酸序列进行有目的的设计，以便可以对接多个、更特别是大量的基因的mRNA，如果需要，也并不依赖于这些可结合的基因的mRNA目前是否实际上存在于细胞中。所提议要实现的mRNA-结合的主要目标因而并不是上文所述的针对细胞活性的基因操纵，而是要用大量的(实际上是任何的)核苷酸分子的mRNA-结合引发尽可能多的“脱靶”效应，其此前是为了尽可能地避免或减轻目标明确的基因影响。通过尽可能多的“脱靶”效应，产生对于细胞而言过大的应激状态，其是目标细胞不能承受的并且通过其可有目的性地杀伤上述的目标细胞(不是通过有目的性的基因表达操纵，而是通过普通的应激)。
[0017]用基因结合必然的和已知的方式产生的和作用于细胞活性的特定基因影响因此是附带的效应，并且如过需要，可以根据基因影响的作用，进一步促进细胞作用(在上述的根据本发明的有目的性的应激状态之外)。
[0018]因此，通过可结合目标基因的核苷酸序列的选择并不是或者至少并不主要是用作有目的地基因操纵以对细胞产生影响的目标效应，而是通过基因结合可达到的“脱靶”效应及用其在细胞中引起的应激状态的指定作用的目标效应。
[0019]为了产生上述的“脱靶”效应，对核苷酸序列进行选择，从而使这些核苷酸序列不像传统方式那样针对一个目标基因，而是针对尽可能多的目标基因。由此产生对于大量基因有毒性作用的核苷酸干扰并巨大地影响细胞的生理学。
[0020]在细胞中可以将上述应用与实现细胞特异性的已知机制组合应用，以及与已知的稳定性的可能性(例如siRNA的)组合应用，以改善核苷酸分子的吸收。
[0021]所述核 苷酸序列不限于作为传统siRNA使用；也可以将短的(10_20bp)双链RNA、长的(20-300bp)双链或单链RNA、DNA或化学类似物，例如PNA，与上述核苷酸序列一起使用。
[0022]除了上述的“脱靶”效应的诱导，也可以通过已知的应激诱导的核苷酸序列依次促进生物活性核苷酸分子的细胞毒性作用(FEDOROV Y等人，Off-target effcts by siRNAcan induce toxic phenotype.RNA(2006)，12:1188-1196.)。
[0023]通过合适的转染系统，例如纳米粒子、聚乙烯亚胺或脂质，可以以已知的方式将活性物质分子引入细胞中。
[0024]为了更好地被转移入或转移至细胞，以及为了其稳定性或为了其检测，还可以将所述分子结构与其他物质(例如作为载体系统的纳米粒子或荧光色素)相连接。
[0025]生物活性核苷酸分子适合于选择性地杀伤真核细胞，特别是动物细胞、植物细胞或真菌细胞，以及病毒感染的细胞和原核细胞。
[0026]在生物活性核苷酸分子的应用中，也可以将它们与蛋白酶抑制剂组合使用。
[0027]有利地，用于生物活性核苷酸分子的应用和施用的应用试剂盒至少由下列组成:
[0028]-至少一个安剖瓶(安剖瓶A)，其包含所述生物活性分子并且还可包含:
[0029]-至少一个其它的具有转染系统，例如细胞渗透性肽、纳米粒子、聚乙烯亚胺或脂质的安剖瓶(安剖瓶B)，
[0030]-至少一个其它的安剖瓶(安剖瓶C)，其包含用于与生物活性分子结合的其它成分，或转染系统，
[0031]-用于安剖瓶A、B和C的内容物的稀释缓冲液和反应缓冲液，
[0032]-一个或多个探针或注射器，其具有针头和其它所需材料，用于将安剖瓶内容物的混合物注射至包含目标细胞的培养基中，以及
[0033]-用于使用和施用的说明书。
[0034]下面，将根据附图中所述的实施例更详细地说明本发明。
[0035]其表明:
[0036]图1:一个已知的siRNA的示意图，其被引入细胞中，特异于一个mRNA并且压制目标基因的表达。[0037]图2:—个根据本发明的siRNA的示意图，其被引入细胞中并在其中尽可能多地引发非特异性的RNAi效应(脱靶效应)。
[0038]图3:—个siRNA的示意图，其被引入细胞中且目的不是在其中减少基因的表达和降解mRNA，而是通过在细胞中经siRNA的特异性序列剪切而引起应激反应以导致细胞死亡。
[0039]在图1中描绘了通常的和已知的SiRNAl的机制，所述siRNA被引入细胞2中(参见图标箭头的描绘)并且具有特异于与第一基因的mRNA3特异性结合的核苷酸序列(未作详尽描绘)。随后，该SiRNAl被并入RNA诱导的沉默复合体(RISC)(未作详尽描绘)中，后者使siRNA分开为其两个单链并且siRNA的反义链与RISC —起附加至第一 mRNA3。随后，基因特异的第一mRNA3被切割并片段化，由此压制了基于第一mRNA3的目标基因的表达(比较图1中第一 mRNA7的降解)。之后，未被占据的并且装配在RISC中的siRNAl此时附加至距离最近的细胞2中存在的特异性的第一 mRNA3并同样将其降解。因此，其目标为，每个siRNAl仅与特异性的第一 mRNA3结合并将其降解。其它细胞2中还存在的另外的第二mRNA4、另外的第三mRNA5和另外的第四mRNA6则总是相对于siRNAl的第一 mRNA3或未作详尽描绘的核苷酸序列完好地保留，从而mRNA4-6的基因其表达不被改变。这些方法是熟知的。 [0040]作为比较，图2表示根据本发明的siRNA8的机制，所述siRNA8被引入细胞2中(也参见图标箭头描绘)，其中再次示例性地存在第一 mRNA3、第二 mRNA4、第三mRNA5以及第四mRNA6。
[0041]所提出的siRNAS包含由一个或多个下列核苷酸序列组成的链(出于清楚目的，未作详尽描绘):
【权利要求】
1.生物活性核苷酸分子，具有至少一个目的在于结合mRNA的核苷酸序列以用于选择性地影响细胞，其特征在于，所述核苷酸分子(8)的所述至少一个核苷酸序列针对多个基因的mRNA(3、4、5、6)结合能力进行设计，以通过所述核苷酸分子与所述基因的mRNA(3、4、5、6)的结合来引发多个、特别是大量的用于细胞杀伤应激状态的以毒性方式作用于细胞(2)的“脱靶”效应。
2.根据权利要求1的生物活性核苷酸分子，其特征在于，RNA、siRNA,PNA、DNA或LNA被用作核苷酸并且具有10-300bp的大小。
3.根据权利要求1或2的生物活性核苷酸分子，其特征在于，所述核苷酸分子(8)包含特定的序列，其本身且也未与mRNA相结合而引起细胞中的应激反应，如AAA、UUU、GCCA、
4.根据权利要求1至3的生物活性核苷酸分子，其特征在于，所述(8)，特别是为了将其引入细胞(2)中，与分子如细胞渗透性肽结合或者被整合至试剂如聚乙烯亚胺、纳米粒子或脂质中。
5.根据权利要求1至4中的一个或多个的生物活性核苷酸分子，其特征在于，所述(8)
6.根据权利要求1或2的生物活性核苷酸分子，其选自⑶CUAUCAGCACAAUtt(SEQID NO:1)、GCUUAACUGUAUCUGGAGCtt (SEQ ID NO:2)、UUAACUGUAUCUGGAGCtt (SEQ IDNO:3)、AACUGUAUCUGGAGCtt (SEQ ID NO:4)、GCUCACCAAUGGAGAtt (SEQ ID NO:5)、GGCUGAACAAAGGAGAtt(SEQ ID NO:6)和 UGGCUGGCUGGCUGGCtt(SEQ ID NO:7)。
7.药物，其包含根据权利要求1至6之一的生物活性核苷酸分子。
8.根据权利要求1至6之一的生物活性核苷酸分子，其用于肿瘤疾病或病毒引起的疾病的治疗和/或预防。
9.根据权利要求1至6的生物活性核苷酸分子用于选择性地杀伤真核细胞特别是动物细胞、植物细胞或真菌细胞的用途。
10.根据权利要求1至6的生物活性核苷酸分子用于选择性地杀伤病毒感染的细胞的用途。
11.根据权利要求1至6的生物活性核苷酸分子用于选择性地杀伤原核细胞的用途。
12.根据权利要求1至6的生物活性核苷酸分子的用途，其特征在于，所述生物活性核苷酸分子与蛋白酶抑制剂组合使用。
13.用于使用和施用根据权利要求1至5的生物活性核苷酸分子的应用试剂盒，其至少由下列所组成: -至少一个安剖瓶(安剖瓶A)，其包含所述生物活性分子并且还可以包含: -至少一个其他的具有转染系统例如细胞渗透性肽、纳米粒子、聚乙烯亚胺或脂质的安剖瓶(安剖瓶B)， -至少一个其他的安剖瓶(安剖瓶C)，其包含用于与所述生物活性分子或转染系统结合的其它成分， -用于安剖瓶A、B的内容物的稀释缓冲液和反应缓冲液， -一个或多个探针或注射器，其具有针头和其它所需材料，用于将安剖瓶内容物的混合物注射至包含目标细胞的培养基中，以及-用于使用和施用的说明书 。
【文档编号】C12N15/113GK103597075SQ201280006049
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年1月20日 优先权日:2011年1月21日
【发明者】T·珀尔曼, R·冈瑟 申请人:耶拿市弗里德里希·席勒大学