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Articles by Muthiah Manoharan in JoVE

 JoVE Clinical and Translational Medicine

Orthotopic 방광 종양 모델 및 Intravesical saRNA 트리 트먼트의 평가


JoVE 4207 7/28/2012

1Department of Urology and Helen Diller Comprehensive Cancer Center, University of California, San Francisco, 2Alnylam Pharmaceuticals, Inc.

초음파와 발광 생물 이미징에 의한 intravesically 전달 saRNA 및 모니터링 종양 성장의 antitumor 효과를 평가하는 orthotopic 방광 종양 모델을 수립.

Other articles by Muthiah Manoharan on PubMed

2'-O-[2-(methylthio) 에틸]-oligonucleotide 수정: 향상 된 단백질 바인딩 속성 및 높은 선호도 대상 RNA 바인딩 2'-O-[2-(methoxy)-ethyl]-modified Oligonucleotide의 아날로그

소설 ' 2-수정, 2'-O-[2-(methylthio) 에틸] 또는 2'-O-MTE, oligonucleotides에 통합 되었으며 센스 활동에 관련 된 속성에 대 한 평가. 결과 비교 되었다는 이전에 특징이 2'-O-[2-(methoxy) 에틸] 2'-O-모 수정. 예상 했던 대로, 2'-O-MTE 수정된 oligonucleotides 인간 혈 청 알 부 민 2'-O-모 수정된 oligonucleotides에 비해 향상 된 바인딩을 전시. 2'-O-MTE oligonucleotides 대상 RNA에 높은 바인딩 선호도 유지. 2'-O-MTE oligonucleotides nuclease 소화 exonuclease 저하에 대 한 저항을 제한 했다. 우리는 DNA 이중 2'-O-MTE modifcation 포함 된 decamer의 결정 구조를 분석 했다. 결정 구조 분석 향상 된 RNA 바인딩 선호도, 단백질 바인딩 선호도 2'-O-MTE 수정된 oligonucleotides exonuclease 저하의 제한 저항에 대 한 통찰력을 제공합니다.

인간 혈 청 알 부 민을 센스 Oligonucleotide 바인딩 개선:이 부 프로펜 활용의 극적인 효과

높은 선호도 펩타이드 핵 산 올리고 Tricyclic 시 Analogues이 포함 된

[구조: 텍스트 참조] Tricyclic 시 analogues phenoxazine, 9를 포함 하는 펩타이드 핵 산 (PNA) 단위체-(2-aminoethoxy) phenoxazine (G-클램프)와 9-(3-aminopropoxy) phenoxazine (propyl G 클램프) 합성 되었습니다. 수정된 된 nucleobases PNA 올리고 Boc 화학을 사용 하 여 고체 상 합성 용에 반영 되었습니다. PNAs 단일 G 클램프 수정이 포함 된 불일치 차별을 유지 하면서 수정 되지 않은 PNA 기준으로 RNA 및 DNA 목표 쪽으로 크게 향상 된 선호도 전시. 이러한 PNA G 클램프 수정 PNA 수정에 대해 지금까지 보고 된 핵 산 대상으로 선호도에 가장 높은 증가 전시.

2'-O-[2-(amino)-2-oxoethyl] Oligonucleotides입니다

[구조: 텍스트 참조] Oligonucleotides 소설 수정, 2'-O-[2-(amino)-2-oxoethyl] (2'-O-NAc), 2'-O-[2-(methylamino)-2-oxoethyl] (2'-O-본교), 2'-O-[2-(dimethylamino)-2-oxoethyl] (2'-O-DMAc), 그리고 2'-O-[2-[[2-(dimethylamino)ethyl]amino]-2-oxoethyl] (2'-O-DMAEAc), 합성 되었습니다. 이러한 수정된 oligonucleotides 높은 바인딩 선호도 보완 RNA (아닌에 DNA)를 전시 하 고 상당히 t(1/2) > 24 h와 oligonucleotides nuclease 안정성 향상.

C-5 Propynyl Pyrimidine 포함 된 Oligonucleotides 생체 외 및 생체 조건 평가

C-5 propynyl pyrimidines phosphorothioate 센스 oligonucleotides (ASOs)에 포함 크게 생체 외 유전자 발현 억제를 위한 그들의 힘을 증가 보여줘 왔다. 증가 효능이 향상 된 바인딩 대상 RNA 선호도 결과 여겨진다. 우리의 결과 C-5 propynyl pyrimidine 수정 oligonucleotides 용융 온도 (T(m)) oligodeoxynucleotides (ODNs)와 2'--O (2-methoxy) 에틸 (2'-모)-수정 oligonucleotides 증가 발생 보여. 체 외 데이터 포함 하는 C-5 propynyl pyrimidines murine PTEN (MMAC1) 대 본을 대상으로 센스 oligodeoxynucleotide에 대 한 힘에 온건한 증가 보여준다. 2 세대 2'-모 chimeric ASOs 포함 하는 C-5 propynyl pyrimidines 아무 개선을 보였다 PTEN 대상 감소에 효능에 체 외 또는 nonpropyne 수정 부모 그들의 생체 조건 비교 합니다. 이 결과 2'-모에 수정을 달성을 넘어 대상 RNA에 대 한 선호도 증가 추가 셀 기반 분석 실험에서 효능 증가 하지 않는 것이 좋습니다. 이 관찰 개최 vivo에서 응용 프로그램에 대 한 사실 여부를 평가, 생쥐에서 두 화합물 평가 했습니다. 심각한 독성 때문에 C 5 pyrimidine 수정 propynyl Odns와 복용량 응답 관계를 설정 하지 못했습니다. 독성 동물 전지와 20 mg/kg를 받은 쥐의 간은에서 apoptotic 세포 침투에 50 mg/kg 증가 받을 사망률 특징 이었다. C-5 propynyl pyrimidine 수정 chimeric oligonucleotides 전시 propynyl 수정 ODNs C-5에 비해 증상 감소 하지만 수정 되지 않은 chimeric oligonucleotides에 비해 힘의 증가 전시 하지 않았다. 증상 추가 될 수 있습니다 제한 된 propynyl pyrimidines의 설립은 ' 2-모에 nucleosides로 제한 하는 경우.

2'-O-[2-(guanidinium) 에틸]-oligonucleotides 수정: 이중 및 트리 구조에 영향을 안정화

[구조: 텍스트 참조] Oligonucleotides와는 소설 2'-O-[2-(guanidinium) 에틸] (2'-O-GE) 수정 소설 그룹 전략 guanidinium 그룹에 대 한 보호를 사용 하 여 합성 되었다. 이 수정으로 RNA 이중 DNA (DeltaT(m) 3.2도 C 수정 당) oligonucleotides의 바인딩 선호도를 향상 시킵니다. 2'-O-GE 수정된 oligonucleotides nuclease 저하에 탁월한 저항을 전시. DNA oligonucleotide 단일 2'-O-GE 수정 하 여 형성 된 이중의 결정 구조는 1.16 A 해상도에서 해결 되었다.

Oligonucleotides의 생물 리 속성에 Stereoelectronic 효과의 영향 조사: RNA 선호도, Nuclease 저항 및 10 2'-O-ribonucleic 산 수정 결정 구조에 대 한 포괄적인 분석

10 새로운 RNA 2'-O-수정, oligonucleotides에 그들의 법인 및 RNA 친 화력과 nuclease 저항 관련 센스 활동 등 그들의 속성의 평가 종합 안내 되 게 됩니다. 모든 수정 내용은 자연 인산 염 등뼈와 함께 1 세대 DNA phosphorothioates (PS-DNA)를 기준으로 RNA 교 잡의 안정성 측면에서 상당한 이득을 이어질. 받으면 nuclease 저항 특히 2'-O-수정 포지티브 차지를 운반 하 여 능가 PS DNA의. 그러나, 작은 electronegative 2'-O-치환, RNA 선호도 강화 하면서 보호 하지 않습니다 충분히 저하에 대 한 nucleases에 의해. 마찬가지로 oligonucleotides 3' 터미널 잔류물으로는 비교적 큰 2'-O-수정이 포함 된 [2-(benzyloxy) 에틸] substituent는 급속 하 게 타락 exonucleases, 잘못을 증명 하 여 입체적 대량 nuclease 소화에 대 한 보호 향상 일반적으로 것입니다 가정 합니다. 향상 된 RNA 친 화력과 nuclease 저항에 영향을 주는 요소를 분석 가닥 당 단일 2'-오 수정 thymidines이 포함 된 자체 보완 A 형태의 DNA decamer duplexes의 크리스탈 구조 결정. 치환, substituent와 설탕 인산 염 등뼈와 2'-O-수정 모든 향상 된 RNA 선호도에 기여할 표시 주변 안정적인 물 구조 간의 유리한 정전기 상호 작용의 구조적 preorganization. 긍정적으로 충전된 치환 및 인산 염 그룹의 가까운 협회 수정 nucleases에 대 한 가장 효과적으로 보호 하는 구조에서 관찰 되었다. 일부 분석된 2'-O-수정에 의해 전시 유망 속성 vivo에서 센스 응용 프로그램에 대 한 그들의 잠재력의 더 자세한 평가 보증 수 있습니다. 또한 RNA의 화학 수정 기대 하 작은 방해 RNAs (siRNA)의 효능을 크게 향상 시킬 수 있습니다. 따라서, 2'-O-수정 여기 소개 된 RNAi 치료제의 개발을 혜택을 수 있습니다.

MicroRNAs 'antagomirs'와 in Vivo의 입을

MicroRNAs (miRNAs)은 유전자 발현의 규제를 통해 많은 생물 학적 과정에 중요 한 것으로 비 코딩 Rnas의 풍부한 클래스. 포유 동물의 Mirnas의 정확한 분자 기능 크게 알려진 이며 더 나은 이해를 기능 손실 연구 vivo에서 필요 합니다. 여기 우리가 표시 되 나 'antagomirs', 화학적 조작된 oligonucleotides의 소설 클래스는 쥐 생 Mirnas의 효율적이 고 특정 달 았 죠. 미르-194, 미르-192, 미르-122, 미르-16에 대 한 antagomirs의 정 맥 주사 관리의 간, 폐, 신장, 심장, 소장, 지방, 피부, 골 수, 근육, 난소 및 adrenals 해당 miRNA 수준 표시 된 감소 귀착되 었 다. 특정, 효율적이 고 오래 지속 되는이 소설은 메서드에서 생 Mirnas의 입을. Antagomirs 사용 하 여 miRNAs 입을의 생물 학적 의미는 미르-122, 풍부한 간 특정 Mirna에 대 한 연구 했다. 유전자 발현 및 antagomir 치료 동물에서 메신저 RNA의 bioinformatic 분석 downregulated 유전자가이 모티브에 고갈 되는 반면 미르-122 인식 모티프, upregulated 유전자의 3' untranslated 지역 농축 강력 하 게는 밝혔다. Downregulated 유전자의 기능적 주석의 분석은 구체적으로 그 콜레스테롤 생 합성을 유전자는 미르-122, 및 플라즈마 콜레스테롤 측정 했다 antagomir 122 취급 쥐에서 수준 감소의 영향을 받을 것 이라고 예측 했다. 우리의 연구 결과 antagomirs 특정 miRNAs vivo에서 침묵 하는 강력한 도구는 miRNAs 질병에 입을 위한 치료 전략을 나타내는 수 있습니다 보여줍니다.

특이성, 이중 저하 및 Antagomirs의 Subcellular 지역화

MicroRNAs (miRNAs)은 유전자 발현의 20-23-nt 긴 레 귤 레이 터의 풍부한 클래스. 미르 기능 마우스 및 잠재적인 치료 접근의 연구는 크게 수정된 oligonucleotides에 따라 달라 집니다. 우리는 최근 화학적으로 사용 하 여 마우스에 silencing miRNA 기능 수정 및 콜레스테롤 conjugated RNAs 되 나 'antagomirs' 시연. 여기에, 우리는 추가 속성 및 쥐에서 antagomirs의 기능 특징. Antagomirs 항구의 최적화 된 phosphorothioate 수정, 필요 시연 > 19 nt 길이 가장 높은 효율을 위한 타겟된 Mirna의 불일치 단일 뉴클레오티드 사이 차별 수 있습니다. 저하의 다른 화학적 보호 마우스 간 및 처리 (P) 다른 cytosolic에 antagomirs의 지역화에 미르/antagomir duplexes-시체 RNA 간섭 (RNAi) 통로의 독립적인 저하 메커니즘을 나타냅니다. 마지막으로, 우리는 antagomirs, 비록 체계적으로, 주입 했을 때 중앙 신경 시스템 (CNS)의 miRNAs 침묵의 효율적으로 대상 miRNAs 로컬 마우스 피 층에 주입 하는 경우 보여 줍니다. 우리의 데이터 추가 antagomirs in vivo 효과 유효성을 검사 하 고 miRNAs 기능 분석 및 임상 관련 설정에서 무음으로 미래 연구를 촉진 한다.

효과적인 RNAi 중재 진 생 MicroRNA 통로의 중단 없이 입을

합성 작은 방해 RNAs (siRNAs)의 체계적 관리 효과적으로 hepatocyte 유전자 발현을 설치류 및 영장류에 조용 하 게 만든다. 생 microRNA (미르)를 중단 시킬 수 in vivo 유전자 합성 Sirna에 의해 침묵 하지 않을 통로 해결할 수 있다. 여기 우리는 마우스와 햄스터 간에서 효과적인 대상 유전자 침묵 miRNA 수준이 나 활동에 될지도 효과가 없는 합성 Sirna의 체계적인 관리에 의해 얻을 수 보여줍니다. 실제로, siRNA 효율적인 달성 두 hepatocyte 특정 유전자 (apolipoprotein B 및 요소 7 세)을 대상으로 (약 80%) 메신저 RNA 성적 증명서 및 세 번째 입을 무관 한 siRNA 제어 수준의 세 hepatocyte 표현 된 miRNAs (미르-122, 미르-16과 하자-7a) 또는 miRNA 활동에 영향을 큰 변화 없이 마우스를 관리 했다. 또한, 여러 행정 대상으로 햄스터에 hepatocyte 표현 진 연합군 최고 사령부는 Sirna의 장기 mRNA 미르-122 레벨에 큰 변화 없이 입을 달성. 이 연구 동물 연구에서 유전자 사본을 침묵을 안전 하 고 효과적인 도구로 Sirnas의 사용을 RNA 간섭 치료제 합성 Sirna를 사용 하 여 지속적인된 발전을 지원 합니다.

RNAi 치료제의 배달에 대 한 지질 같은 소재의 조합 라이브러리

안전 하 고 효과적인 전달 RNA 간섭 (RNAi) 치료제의 임상 개발을 위한 중요 한 과제를 남아 있습니다. 현재 배달 소재의 다양성 유지 그들의 느린, 다단계 종합 때문에 부분적으로 제한, 됩니다. 여기 우리 lipidoids, RNAi 치료제에 대 한 배달 에이전트 되 나 지질 같은 배달 분자의 새로운 클래스를 설명 합니다. 1200 이상의 구조적으로 다양 한 lipidoids의 큰 도서관의 신속한 합성을 허용 하는 화학적 방법이 개발 되었다. 이 라이브러리에서 우리는 높은 수준의 내 진 녹취 록의 특정 입을 때 어느 이중 가닥 작은 간섭 RNA (siRNA)으로 공식화 또는 microRNA (미르)를 대상으로 메 단일 가닥 센스 2'-O-틸 (2'-오메) oligoribonucleotides lipidoids를 식별 됩니다. 안전 및 lipidoids의 효능 3 가지 동물 모델에서 평가 했다: 쥐, 쥐 및 nonhuman 영장류. 여기 보고 연구이 자료 로컬 및 조직의 RNA 치료제의 배달에 대 한 광범위 한 유틸리티가 있을 수 있습니다 것이 좋습니다.

심하게 Pcsk9를 대상으로 치료 RNAi 설치류에 플라즈마 콜레스테롤 및 LDL 콜레스테롤 Nonhuman 영장류에 낮춘 다

Proprotein convertase subtilisin/kexin 유형 9 (PCSK9) 저밀도 지 단백질 수용 체 (LDLR) 단백질 수준 및 기능을 조절. PCSK9 손실 간에서 LDLR 레벨을 증가 하 고 초과 PCSK9 활동 간 LDLR 레벨 및 플라즈마 LDLc 증가 감소 하는 반면 플라즈마 LDL 콜레스테롤 (LDLc)를 감소 시킨다. 여기, 활성, 간 종, 작은 방해 RNAs (siRNAs) murine, 쥐, nonhuman 영장류 (NHP), 그리고 인간의 PCSK9 타겟팅 할 수를 개발 했습니다. In vivo 연구 PCSK9 및 제어 siRNAs lipidoid 나노 입자 (LNP)에서 공식화 했다. 간 관련 siRNA 쥐 및 쥐에 pcsk9의 입을 PCSK9 mRNA 레벨 50-70% 감소. PCSK9 기록에서 감소까지 플라즈마 콜레스테롤 농도에서 60%의 감소와 연관 되었다. 이러한 효과 사용 하 여 5'-경주 RNAi 메커니즘에 의해 중재를 표시 했다. 표현 하는 인간의 PCSK9 유전자 변형 생쥐, siRNAs 입 막 음 하 여 인간의 PCSK9 성적표 > 70%와 크게 감소 PCSK9 플라스마 단백질 수준. NHP, PCSK9 대상으로 Sirna의 단일 투여 결과 급속 한 구성과 가역 낮추고 플라즈마 PCSK9, apolipoprotein B, 및 LDLc, HDL 콜레스테롤 (HDLc) 이나 중성 지방 (TGs)에 측정 가능한 효과 없이. 입을 pcsk9의 효과 단일 bolus i.v. 관리 후 3 주 동안 지속. 이러한 결과 PCSK9 타겟팅 RNAi 치료제 특별히 낮은 LDLc, 콜레스테롤 혈 증의 치료를 위한 미래 전략으로 PCSK9 낮추는 에이전트의 개발에 대 한 방법을 포장 하는 접근 방식으로 유효성을 검사 합니다.

간 조직의 배달 Lipidoid-siRNA 제형의 개발

RNA 간섭 치료 학 감당할 가능성이 구체적으로 대상 유전자 발현을 침묵 함으로써 질병 발생의 생산을 차단 단백질. 안전 하 고 효과적인 조직의 작은 간섭 RNA (siRNA) 전달 시스템의 개발은 Sirna의 치료 응용 프로그램을 중앙 중요성 이다. 지질 및 지질 같은 자료는 현재 nonhuman 영장류를 포함 한 여러 동물 모델에서 널리 사용 되었습니다 데 간 배달에 대 한 가장 이야기도 siRNA 전달 시스템. 여기, 우리 소설 지질 같은 소재 98n(12)-5(1)에 따라 깡통이, 조직의 siRNA 전달 시스템의 개발을 설명 합니다. 우리는 생체 조건 배달 효능 배합 조성, 입자 Pegylation의 자연, 정도의 약물 로드 및 입자 크기 등의 생물 리 매개 변수를 포함 하 여 많은 매개 변수에 의해 영향을 보여줍니다. 특히, poly(ethylene glycol) (나무 못) 지질 앵커 체인 길이에 작은 변화 in vivo 효능에 대 한 중요 한 효력이 발생할 수 있습니다. 개발 리드 배합은 대상 간 (> 90% 삽입 된 복용량 간 배포) 다음 반복 관리 활동의 손실 없이 완벽 하 게 되돌릴 수, 긴 기간 유전자 침묵 유도 수 있습니다.

MicroRNA-194 Frizzled 6의 성인 간 및 컨트롤 식에서 (Tcf1, HNF1α)의 전사 인자 1의 대상입니다

녹음 방송 요인 1 (Tcf1; hepatocyte 핵 요소 1α [HNF1α]) hepatocyte 개발 및 기능에 대 한 중요 합니다. 여부 Tcf1 또한 간장 microRNAs (miRNAs) 규제는 하지 되었습니다 아직 조사. 여기에 성인 쥐에 Tcf1 종속 miRNA 식 분석이 전사 인자 유전자 있었다 삭제 (Tcf1(-/-)) 미르 microarray 분석을 사용 하 여. 미르-192-194 클러스터 현저 하 게 다운 Tcf1(-/-) 생쥐의 간에서 규제 했다. 미르-192-194 레벨 또한 비록 간에 서 보다 더 적은 정도에 Tcf1, 신장과 소장, 다른 두 조직에서 감소 했다. 미르-192 /-194 vivo에서의 표적 식별 우리가 이러한 Mirnas에 대 한 여러 바인딩 사이트는 미르-192 /-194 했다 침묵 하 또는 각각 overexpressed 및 테스트 레 귤 레이트 된 메신저 RNAs (mRNAs) 간 Affymetrix 유전자 분석 결합. 이 이렇게 미르-194의 강력한 생 대상으로 frizzled-6 (Fzd6)를 공개 했다. 미르-194 또한 인간의 fzd6를 대상으로 하 고 미르-194와 Fzd6 간세포 암 종 (Dgcr8(flox/flox) p53(flox/flox) × Alb Cre)의 마우스 모델에 반비례 상관. 결론: 우리의 결과 생 대상 Fzd6 통해 간 tumorigenesis에 미르-194의 역할을 지원. 이러한 결과 간 확산 Tcf1 중재에 대 한 중요 한 암시를 할 수 있습니다.

Mechanistic Insights into LDL Nanoparticle-mediated SiRNA Delivery

Although small interfering RNA (siRNA) can silence the expression of disease-related genes, delivery of these highly charged molecules is challenging. Delivery approaches for siRNAs are actively being pursued, and improved strategies are required for nontoxic and efficient delivery for gene knockdown. Low density lipoprotein (LDL) is a natural and endogenous nanoparticle that has a rich history as a delivery vehicle. Here, we examine purified LDL nanoparticles as carriers for siRNAs. When siRNA was covalently conjugated to cholesterol, over 25 chol-siRNA could be incorporated onto each LDL without changing nanoparticle morphology. The resulting LDL-chol-siRNA nanoparticles were selectively taken up into cells via LDL receptor mediated endocytosis, resulting in enhanced gene silencing compared to free chol-siRNA (38% gene knock down versus 0% knock down at 100 nM). However, silencing efficiency was limited by the receptor-mediated entrapment of the LDL-chol-siRNA nanoparticles in endolysosomes. Photochemical internalization demonstrated that endolysosome disruption strategies significantly enhance LDL-mediated gene silencing (78% at 100 nM).

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