FANArrays: Hochdurchsatz-Plattform für Nukleinsäuresynthese

Das therapeutische Potenzial von Nukleinsäure-Arzneimitteln wird schon seit Jahrzehnten erforscht und erschlossen, aber erst vor weniger als zehn Jahren kamen tatsächlich Medikamente auf den Markt. Diese Diskrepanz zwischen dem theoretischen Nutzen von Nukleinsäuren zur Bekämpfung von genetischen und viralen Krankheiten und der Realität der von der FDA zugelassenen Therapien, die angesichts der gemeinsamen Anstrengungen von Wissenschaft und Industrie noch deutlicher zutage tritt, lässt sich mit den zahlreichen Hürden erklären, die bei der Entwicklung und Herstellung wirksamer Oligonukleotid-Medikamente auf DNA- oder RNA-Basis überwunden werden müssen. Zu diesen zählen Maßstab und Durchsatz. Um wirksame Nukleinsäuretherapeutika zu entwickeln, muss die Sequenz spezifisch auf das gewünschte Gen abzielen und dadurch Off-Target-Effekte vermeiden. Darüber hinaus werden chemische Modifikationen von Oligonukleotiden, die beim Design von DNA/RNA-Arzneimitteln von grundlegender Bedeutung sind, sorgfältig ausgewählt und eingeführt, um die Stabilität, Verfügbarkeit und Wirksamkeit zu erhöhen. Dieser Optimierungsprozess ist sehr iterativ und extrem zeitaufwändig, da es keine synthetischen Ansätze gibt, die eine kombinatorische Nukleinsäuresynthese durchführen können. Microarrays haben die außergewöhnliche Eigenschaft, dass sie gleichzeitig Tausende von Molekülen mit genauer Kontrolle über Struktur und Position synthetisieren können. Der photolithographische Ansatz zur Herstellung von Microarrays mit Nukleinsäuren ermöglicht die gleichzeitige Synthese von mehr als 780000 einzigartigen Sequenzen auf derselben Oberfläche, unabhängig davon, ob es sich um DNA, RNA oder Oligonukleotid-Analoga handelt. Ein Nukleosidanalogon, das wir vor kurzem in Microarrays eingeführt haben, ist FANA: eine besonders wichtige chemische Modifikation auf dem Gebiet der Nukleinsäuretherapeutika. Wie jede Modifikation scheint auch der Einbau von FANA in DNA oder RNA von der Position und der Anzahl beeinflusst zu sein. Unser Ziel ist es daher, Microarrays zu synthetisieren, die alle möglichen DNA/FANA-Kombinationen in einer gegebenen Sequenz enthalten können (z. B. eine DNA-Sequenz mit 18 Basen ergibt 218 mögliche Kombinationen, oder 262144 Oligonukleotide). Ein einfacher Hybridisierungstest mit einer komplementären RNA Sequenz erlaubt uns im Anschluss, sofort solche Positionen zu identifizieren, die für den Einbau von FANA empfindlich sind. Wir beabsichtigen weiters, diese komplexen FANA-haltigen Oligonukleotid-Antisense-Bibliotheken zu verwenden, um enzymatische Tests an der RNA durchzuführen und den Zusammenhang von FANA- Position und der Antisense-Wirksamkeit zu untersuchen. Es werden auch Oligonukleotidbibliotheken hergestellt, um die Auswirkungen von Fehlpaarungen und Off-Target-Aktivität zu untersuchen. Zusätzliche chemische Modifikationen, zum Beispiel Phosphorthioat (PS), sollen ebenfalls in kombinatorischen Bibliotheken von Phosphatgruppenmodifikationen getestet werden. Wir wollen auch sehr komplexe Systeme, bei denen FANA- und PS-Modifikationen gleichzeitig in Antisense- Microarray-Bibliotheken eingebaut werden, herstellen und untersuchen. Nukleinsäurekandidaten mit idealen Eigenschaften auf Microarrays werden durch unsere Kooperationspartner an der McGill University (Prof. Masad Damha) in konventionelleren Settings getestet. Auf diese Weise wollen wir eine neuartige Plattform schaffen und aufzeigen, wie der Prozess der Entwicklung von Oligonukleotid- Wirkstoffen möglicherweise beschleunigt werden kann.