

мРНК-терапия: проблемы и перспективы применения в нефрологии
https://doi.org/10.36485/1561-6274-2024-28-4-30-38
EDN: QXDFZI
Аннотация
Успешное применение вакцин на основе мессенджерных РНК (мРНК) с целью профилактики инфекции COVID-19 привлекло внимание научной общественности к потенциальному клиническому использованию этих молекул в качестве инновационных и альтернативных терапевтических подходов в различных областях медицины. В качестве терапевтических средств мРНК могут быть выгодны благодаря своим уникальным биологическим свойствам – способности нацеливаться практически на любой генетический компонент клетки, кодировать любые белки и пептиды без необходимости их переноса в ядра клеток-мишеней. Кроме того, эти молекулы могут быть быстро разработаны/произведены и клинически испытаны. После оптимизации химического состава РНК и системы ее доставки стоимость разработки новых вариантов этих лекарств для вновь выбранных клинических заболеваний значительно снижается. Однако, несмотря на потенциальную ценность в качестве нового и высокоэффективного терапевтического инструмента против ряда заболеваний почек, сложная архитектура почек и неспособность наночастиц, содержащих олигонуклеотиды, преодолеть интегральный барьер гломерулярной фильтрации в значительной степени снизили их потенциальное применение в нефрологии. Тем не менее, ожидается, что в ближайшие несколько лет технические усовершенствования мРНК, повышающие эффективность трансляции, модулирующие врожденную и адаптивную иммуногенность и увеличивающие их избирательную доставку к месту действия, позволят преодолеть эти ограничения и возможности терапии, направленной на почки, значительно расширятся. Это тем более важно, если учесть, что хронической болезнью почек в той или иной степени страдают более 10 % взрослого населения в мире, а по прогнозам, к 2040 году она станет пятой основной причиной смерти. Цель данного мини-обзора – обобщить основные преимущества терапии на основе мРНК и проиллюстрировать потенциальные будущие направления и проблемы этой многообещающей технологии для широкого терапевтического использования в нефрологии.
Об авторах
К. А. АйтбаевКыргызстан
Проф. Айтбаев Кубаныч Авенович, д-р мед. наук, заведующий лабораторией патологической физиологии
720040, г. Бишкек, ул. Тоголока Молдо, д. 3
И. Т. Муркамилов
Кыргызстан
Доц. Муркамилов Илхом Торобекович, д-р мед. наук
720020, г. Бишкек, ул. Ахунбаева, д. 92;
720000, г.Бишкек, ул. Киевская, д. 44
В. B. Фомин
Россия
Чл.-кор. РАН, проф. Фомин Виктор Викторович, д-р мед. наук, Институт клинической медицины им. Н.В. Склифосовского, заведующий кафедрой факультетской терапии №1, проректор по инновационной и клинической деятельности
119991, Москва, ул. Большая Пироговская, д. 2
Т. Ф. Юсупова
Кыргызстан
Юсупова Турсуной Фуркатовна, студентка
714000, г.Ош, ул. Ленина, д. 331
З. Ф. Юсупова
Кыргызстан
Юсупова Зулхумор Фуркатовна, студентка
714000, г.Ош, ул. Ленина, д. 331
Ф. А. Юсупов
Кыргызстан
Проф. Юсупов Фуркат Абдулахатович, д-р мед. наук, заведующий кафедрой неврологии, нейрохирургии и психиатрии медицинского факультета
714000, г.Ош, ул. Ленина, д. 331
Ш. Ш. Хакимов
Кыргызстан
Хакимов Шавкат Шукурбекович, врач-реаниматолог, нефролог
20040, г. Бишкек, ул. Насирдина Исанова, д. 85.
Д. С. Ыманкулов
Кыргызстан
Ыманкулов Данияр Султанбекович, врач-пластический хирург
720040, г. Бишкек, ул. Насирдина Исанова, д. 85
И. О. Кудайбергенова
Кыргызстан
Проф. Кудайбергенова Индира Орозобаевна, д-р мед. наук, ректор
720020, г.Бишкек, ул. Ахунбаева, д. 92
Список литературы
1. Sahin U, Karikó K, Türeci Ö. mRNA-based therapeutics – developing a new class of drugs. Nat Rev Drug Discov 2014;13:759–780. doi: 10.1038/nrd4278
2. Newbury SF. Control of mRNA stability in eukaryotes. Biochem Soc Trans 2006;34:30–34. doi: 10.1042/BST0340030
3. Beckert B, Masquida B. Synthesis of RNA by in vitro transcription. Methods Mol Biol 2011;703:29–41. doi: 10.1007/9781-59745-248-9_3
4. Weng Y, Li C, Yang T et al. The challenge and prospect of mRNA therapeutics landscape. Biotechnol Adv 2020;40:107534. doi: 10.1016/j.biotechadv.2020.107534
5. Dowdy SF. Overcoming cellular barriers for RNA therapeutics. Nat Biotechnol 2017;35:222–229. doi: 10.1038/nbt.3802
6. Alexopoulou L, Holt AC, Medzhitov R et al. Recognition of double-stranded RNA and activation of NF-kappaB by toll-like receptor 3. Nature 2001;413:732–738. doi: 10.1038/35099560
7. Diebold SS, Kaisho T, Hemmi H et al. Innate antiviral responses by means of TLR7-mediated recognition of singlestranded RNA. Science 2004;303:1529–1531. doi: 10.1126/science.1093616
8. Heil F, Hemmi H, Hochrein H et al. Species-specific recognition of single-stranded RNA via toll-like receptor 7 and 8. Science 2004;303:1526–1529. doi: 10.1126/science.1093620
9. Sergeeva OV, Koteliansky VE, Zatsepin TS. mRNA-based therapeutics–advances and perspectives. Biochemistry (Mosc) 2016;81:709–722. doi: 10.1134/S0006297916070075
10. Burden of kidney diseases: level by country USA: PAHO/ WHO. (2023). Availableat: https://www.paho.org/en/enlace/burden-kidney-diseases.
11. Palmer TC and Hunter RW. Using RNA-based therapies to target the kidney in cardiovascular disease. Front Cardiovasc Med 2023;10:1250073. doi: 10.3389/fcvm.2023.1250073
12. Pichlmair A, Reis e Sousa C. Innate recognition of viruses. Immunity 2007;27:370–383. doi: 10.1016/j.immuni.2007.08.012
13. Hornung V, Ellegast J, Kim S et al. 5′-Triphosphate RNA is the ligand for RIG-I. Science 2006;314:994–997. doi: 10.1126/science.1132505
14. Muttach F, Muthmann N, Rentmeister A. Synthetic mRNA capping. Beilstein J Org Chem 2017;13:2819–2832. doi: 10.3762/bjoc.13.274
15. Ouranidis A, Vavilis T, Mandala E et al. mRNA therapeutic modalities design, formulation and manufacturing under Pharma 4.0 principles. Biomedicines 2021;10:50. doi: 10.3390/biomedicines10010050
16. Kowalski PS, Rudra A, Miao L et al. Delivering the messenger: advances in technologies for therapeutic mRNA delivery. Mol Ther 2019;27:710–728. doi: 10.1016/j.ymthe.2019.02.012
17. Al-Saif M, Khabar KS. UU/UA dinucleotide frequency reduction in coding regions results in increased mRNA stability and protein expression. Mol Ther 2012;20:954–959. doi: 10.1038/mt.2012.29
18. Zhang Z, Ohto U, Shibata T et al. Structural analyses of Toll-like receptor 7 reveal detailed RNA sequence specificity and recognition mechanism of agonistic ligands. Cell Rep 2018;25:3371–3381. doi: 10.1016/j.celrep.2018.11.081
19. Freund I, Eigenbrod T, Helm M et al. RNA modifications modulate activation of innate toll-like receptors. Genes 2019;10:92. doi: 10.3390/genes10020092
20. Martins R, Queiroz JA, Sousa F. Ribonucleic acid purification. J Chromatogr A 2014;1355:1–14. doi: 10.1016/j.chroma.2014.05.075
21. Baiersdörfer M, Boros G, Muramatsu H et al. A facile method for the removal of dsRNA contaminant from In vitro-transcribed mRNA. Mol Ther Nucleic Acids 2019;15:26–35. doi: 10.1016/j.omtn.2019.02.018
22. Reichmuth AM, Oberli MA, Jaklenec A et al. mRNA vaccine delivery using lipid nanoparticles. Ther Deliv 2016;7:319–334. doi: 10.4155/tde-2016-0006
23. Sharova LV, Sharov AA, Nedorezov T et al. Database for mRNA half-life of 19 977 genes obtained by DNA microarray analysis of pluripotent and differentiating mouse embryonic stem cells. DNA Res 2009;16:45–58. doi: 10.1093/dnares/dsn030
24. Van Meirvenne S, Straetman L, Heirman C et al. Efficient genetic modification of murine dendritic cells by electroporation with mRNA. Cancer Gene Ther 2002;9:787–797. doi: 10.1038/sj.cgt.7700499
25. Guan S, Rosenecker J. Nanotechnologies in delivery of mRNA therapeutics using nonviral vector-based delivery systems. Gene Ther 2017;24:133–143. doi: 10.1038/gt.2017.5
26. Wadhwa A, Aljabbari A, Lokras A et al. Opportunities and challenges in the delivery of mRNA-based vaccines. Pharmaceutics 2020;12:102. doi: 10.3390/pharmaceutics12020102
27. Zhang W, Hagedorn C, Schulz E et al. Viral hybrid-vectors for delivery of autonomous replicons. Curr Gene Ther 2014;14:10– 23. doi: 10.2174/1566523213666131223130024
28. Yin J, Luan S. Opportunities and Challenges for the Development of Polymer-Based Biomaterials and Medical Devices. Regen Biomater 2016;3:129–135
29. Li W, Szoka FC. Lipid-Based Nanoparticles for Nucleic Acid Delivery. Pharm Res 2007;24:438–449. doi: 10.1007/s11095006-9180-5
30. Reichmuth AM, Oberli MA, Jaklenec A et al. MRNA Vaccine Delivery Using Lipid Nanoparticles. Ther Deliv 2016;7:319–334. doi: 10.4155/tde-2016-0006
31. Ryals RC, Patel S, Acosta C et al. The Effects of PEGylation on LNP Based MRNA Delivery to the Eye. PLoS ONE 2020;15:e0241006. doi: 10.1371/journal.pone.0241006
32. Kulkarni JA, Cullis PR, van der Meel R. Lipid Nanoparticles Enabling Gene Therapies: From Concepts to Clinical Utility. Nucleic Acid Ther 2018;28:146–157. doi: 10.1089/nat.2018.0721
33. Zhao W, Zhang C, Li B et al. Lipid Polymer Hybrid Nanomaterials for MRNA Delivery. Cell Mol Bioeng 2018;11:397–406. doi: 10.1007/s12195-018-0536-9
34. Bondue T, van den Heuvel L, Levtchenko E et al. The potential of RNA-based therapy for kidney diseases. Pediatr Nephrol 2023;38:327–344. doi: 10.1007/s00467-021-05352-w
35. Rubin JD, Barry MA. Improving molecular therapy in the kidney. Mol Diagn Ther 2020;24:375–396. doi: 10.1007/s40291020-00467-6
36. Davis L, Park F. Gene therapy research for kidney diseases. Physiol Genomics 2019;51:449 –461. doi: 10.1152/physiolgenomics.00052.2019
37. Morishita Y, Yoshizawa H, Watanabe M et al. siRNAs targeted to Smad4 prevent renal fibrosis in vivo. Sci Rep 2014;4:6424. doi: 10.1038/srep06424
38. Hamar P, Song E, Kökény G et al. Small interfering RNA targeting Fas protects mice against renal ischemia-reperfusion injury. Proc Natl Acad Sci USA 2004;101:14883–14888. doi: 10.1073/pnas.0406421101
39. Takabatake Y, Isaka Y, Imai E. In vivo transfer of small interfering RNA or small hairpin RNA targeting glomeruli. Methods Mol Biol 2009;466:251–263. doi: 10.1007/978-1-59745-352-3_18
40. Prijic S, Sersa G. Magnetic nanoparticles as targeted delivery systems in oncology. Radiol Oncol 2011;45:1–16. doi: 10.2478/v10019-011-0001-z
41. Yavlovich A, Smith B, Gupta K et al. Light-sensitive lipidbased nanoparticles for drug delivery: design principles and future considerations for biological applications. Mol Membr Biol 2010;27:364–381. doi: 10.3109/09687688.2010.507788
42. Zhao D, Yang G, Liu Q et al. A photo-triggerable aptamer nanoswitch for spatiotemporal controllable siRNA delivery. Nanoscale 2020;12:10939–10943. doi: 10.1039/D0NR00301H
43. Damon Wang F, Zuroske T, Watts JK. RNA therapeutics on the rise. Nat Rev Drug Discov 2020;19:441–442. doi: 10.1038/d41573-020-00078-0
44. Zhang MM, Bahal R, Rasmussen TP et al. The growth of siRNA-based therapeutics: Updated clinical studies. Biochem Pharmacol 2021;189:114432. doi: 10.1016/j.bcp.2021.114432
45. Jackson LA, Anderson EJ, Rouphael NG et al. An mRNA Vaccine against SARS-CoV-2 – Preliminary Report. N Engl J Med 2020;383:1920–1931. doi: 10.1056/NEJMoa2022483
46. Liebow A, Li X, Racie T et al. An investigational RNAi therapeutic targeting glycolate oxidase reduces oxalate production in models of primary hyperoxaluria. J Am Soc Nephrol 2017;28: 494–503. doi: 10.1681/ASN.2016030338
47. Morishita Y, Yoshizawa H, Watanabe M et al. SiRNAs targeted to Smad4 prevent renal fibrosis in vivo. Sci Rep 2014;4:6424. doi: 10.1038/srep06424
48. Zisman A, Pantuck AJ, Belldegrun A. Immune and genetic therapies for advanced renal cell carcinoma. Rev Urol 2000;2: 54–60
49. Kreidberg JA. SiRNA therapy for glomerulonephritis. J Am Soc Nephrol 2010;21:549–551. doi: 10.1681/ASN.2010020177
50. Shimizu H, Hori Y, Kaname S et al. SiRNA-based therapy ameliorates glomerulonephritis. J Am Soc Nephrol 2010;21:622– 633. doi: 10.1681/ASN.2009030295
51. Lai C, Pursell N, Gierut J et al. Specific Inhibition of Hepatic Lactate Dehydrogenase Reduces Oxalate Production in Mouse Models of Primary Hyperoxaluria. Mol Ther 2018;26:1983–1995. doi: 10.1016/j.ymthe.2018.05.016
52. Zhu X, Yin L, Theisen M et al. Systemic mRNA therapy for the treatment of Fabry disease: preclinical studies in wild-type mice, Fabry mouse model, and wild-type non-human primates. Am Hum Genet 2019;104:625–637. doi: 10.1016/j.ajhg.2019.02.003
53. Yuasa T, Takenaka T, Higuchi K et al. Fabry disease. J Echocardiogr 2017;15:151–157. doi: 10.1007/s12574-017-0340-x
54. Ivanova EA, De Leo MG, Van Den Heuvel L et al. Endolysosomal dysfunction in human proximal tubular epithelial cells deficient for lysosomal cystine transporter cystinosin. PLoS One 2015;10:e0120998. doi: 10.1371/journal.pone.0120998
55. Ivanova EA, Arcolino FO, Elmonem MA et al. Cystinosin deficiency causes podocyte damage and loss associated with increased cell motility. Kidney Int 2016;89:1037–1048. doi: 10.1016/j.kint.2016.01.013
56. Bondue T, Berlingerio SP, van den Heuvel L et al. The Zebrafish Embryo as a Model Organism for Testing mRNABased Therapeutics. Int J Mol Sci 2023;24:11224. doi: 10.3390/ijms241311224
57. An D, Schneller JL, Frassetto A et al. Systemic messenger RNA therapy as a treatment for methylmalonic acidemia. Cell Rep 2017;21:3548–3558. doi: 10.1016/j.celrep.2017.11.081
58. Desai AS, Webb DJ, Taubel J et al. Zilebesiran, an RNA interference therapeutic agent for hypertension. N Engl J Med 2023;389:228–238. doi: 10.1056/NEJMoa2208391
59. Pardi N, Hogan MJ, Porter FW et al. mRNA vaccines – a new era in vaccinology. Nat Rev Drug Discov 2018;17:261–279. doi: 10.1038/nrd.2017.243
60. Rittig SM, Haentschel M, Weimer KJ et al. Long-term survival correlates with immunological responses in renal cell carcinoma patients treated with mRNA-based immunotherapy. Oncoimmunology 2016;5:e1108511. doi: 10.1080/2162402X.2015.1108511
61. Rittig SM, Haentschel M, Weimer KJ et al. Intradermal vaccinations with RNA coding for TAA generate CD8+ and CD4+ immune responses and induce clinical benefit in vaccinated patients. Mol Ther 2011;19:990–999. doi: 10.1038/mt.2010.289
62. Xu H, Zheng X, Zhang S et al. Tumor antigens and immune subtypes guided mRNA vaccine development for kidney renal clear cell carcinoma. Mol Cancer 2021;20:159. doi: 10.1186/s12943-021-01465-w
63. Calderhead DM, DeBenedette MA, Ketteringham H et al. Cytokine maturation followed by CD40L mRNA electroporation results in a clinically relevant dendritic cell product capable of inducing a potent proinflammatory CTL response. J Immunother 2008;31:731–741. doi: 10.1097/CJI.0b013e318183db02
64. DeBenedette MA, Calderhead DM, Tcherepanova IY et al. Potency of mature CD40L RNA electroporated dendritic cells correlates with IL-12 secretion by tracking multifunctional CD8(+)/CD28(+) cytotoxic T-cell responses in vitro. J Immunother 2011;34:45–57. doi: 10.1097/CJI.0b013e3181fb651a
65. Amin A, Dudek AZ, Logan TF et al. Survival with AGS-003, an autologous dendritic cell-based immunotherapy, in combination with sunitinib in unfavorable risk patients with advanced renal cell carcinoma (RCC): phase 2 study results. J Immunother Cancer 2015;3:14. doi: 10.1186/s40425-015-0055-3
66. Czerlau C, Bocchi F, Saganas C et al. Acute interstitial nephritis after messenger RNA-based vaccination. Clin Kidney J 2022;15:174–176. doi: 10.1093/ckj/sfab180
67. Anderegg MA, Liu M, Saganas C et al. De novo vasculitis after mRNA-1273 (Moderna) vaccination. Kidney Int 2021;100:474–476. doi: 10.1016/j.kint.2021.05.016
Рецензия
Для цитирования:
Айтбаев К.А., Муркамилов И.Т., Фомин В.B., Юсупова Т.Ф., Юсупова З.Ф., Юсупов Ф.А., Хакимов Ш.Ш., Ыманкулов Д.С., Кудайбергенова И.О. мРНК-терапия: проблемы и перспективы применения в нефрологии. Нефрология. 2024;28(4):30-38. https://doi.org/10.36485/1561-6274-2024-28-4-30-38. EDN: QXDFZI
For citation:
Aitbaev K.A., Murkamilov I.T., Fomin V.V., Yusupova T.F., Yusupova Z.F., Yusupov F.A., Hakimov Sh.Sh., Ymankulov D.S., Kudaibergenova I.O. mRNA-therapy: problems and prospects of application in nephrology. Nephrology (Saint-Petersburg). 2024;28(4):30-38. (In Russ.) https://doi.org/10.36485/1561-6274-2024-28-4-30-38. EDN: QXDFZI