vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ19.579vavilov-2399Research ArticleБИОТЕХНОЛОГИЯ В ПОСТГЕНОМНУЮ ЭРУMEDICAL GENETICSИзменения липидного обмена мыши при одновременном воздействии антисмысловыми олигонуклеотидными производными к мРНК генов апоВ, PCSK9 и апоCIIIChanges induced in mouse lipid metabolism by simultaneous impact of antisense oligonucleotide derivatives to apoB, PCSK9, and apoCIII mRNAsОшевскийС. И.OshevskiS. I.

Новосибирск

Novosibirsk

oshevski@bionet.nsc.ruРагиноЮ. И.RaginoY. I.

Новосибирск

Novosibirsk

КаштановаЕ. В.KashtanovaE. V.

Новосибирск

Novosibirsk

ПолонскаяЯ. В.PolonskayaY. V.

Новосибирск

Novosibirsk

СтахневаЕ. М.StakhnevaE. M.

Новосибирск

Novosibirsk

НиколинВ. П.NikolinV. P.

Новосибирск

Novosibirsk

ПоповаН. А.PopovaN. A.

Новосибирск

Novosibirsk

КолчановН. А.KolchanovN. A.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0001-9425-413XВоеводаМ. И.VoevodaM. I.

Новосибирск

Novosibirsk

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics, SB RASRussian FederationФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университетРоссияInstitute of Cytology and Genetics, SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian FederationФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет; Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медициныРоссияInstitute of Cytology and Genetics, SB RAS; Novosibirsk State University; Federal Research Center of Fundamental and Translational MedicineRussian Federation20190901202023810201025Copyright © Ошевский С.И., Рагино Ю.И., Каштанова Е.В., Полонская Я.В., Стахнева Е.М., Николин В.П., Попова Н.А., Колчанов Н.А., Воевода М.И., 20202020Ошевский С.И., Рагино Ю.И., Каштанова Е.В., Полонская Я.В., Стахнева Е.М., Николин В.П., Попова Н.А., Колчанов Н.А., Воевода М.И.Oshevski S.I., Ragino Y.I., Kashtanova E.V., Polonskaya Y.V., Stakhneva E.M., Nikolin V.P., Popova N.A., Kolchanov N.A., Voevoda M.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2399

Для пациентов с наследственной гиперхолестеринемией и/или не переносящих статины остается актуальной разработка новых средств, снижающих уровень «плохого» холестерина, например на основе антисмысловых олигонуклеотидных производных (АСО). Целью исследования была оценка изменения липидного обмена в вариантах совместного воздействия АСО, адресованными на мРНК его важнейших генов: апоВ, PCSK9 и апоCIII. Использованы: самки мыши линии C57BL/6J; защищенные от действия нуклеаз олигонуклеотидные производные длиной 13 и 20 нуклеотидов; стандартные методы количественного определения липопротеидов – ХС ЛПВП, ХС не-ЛПВП, общего холестерина (ХС) и аланинаминотрансферазы (АЛТ) в сыворотке крови. АСО в комбинациях: 1) АСО к апоВ, 2) АСО к апоCIII, 3) АСО к апоВ и АСО к PCSK9, 4) АСО к апоВ, АСО к PCSK9 и АСО к апоCIII, 5) 3АСО к апоВ, АСО к PCSK9 и 2АСО к апоCIII (цифры – это кратность количества вводимого препарата), 6) АСО к PCSK9 и (АСО к апоCIII – только в четвертое введение) вводили в хвостовую вену мышам по четыре раза. Вследствие трехкратного еженедельного введения в этих комбинациях уровень ХС не-ЛПВП относительно контроля был ниже на 25, 16, 35, 47, 60 и 7 % соответственно, а соотношение ХС ЛПВП/ХС не-ЛПВП выше в 1.8, 1.5, 1.9, 2.4, 3.1 и 1.24 раза. При последующем введении АСО с одновременным переходом на жировую диету через одну неделю в случае комбинаций 1–6 АСО уровень ХС не-ЛПВП был на 28, 2, 28, 70, 33 и 49 % ниже, чем в контроле, а соотношение ХС ЛПВП/ХС не-ЛПВП лучше в 1.5, 1.1, 2, 3.7, 1.9 и 2 раза соответственно. Концентрация АЛТ при всех комбинациях АСО оставалась в пределах уровня у контрольных животных, что указывает на отсутствие гепатотоксического эффекта. Для наибольшей эффективности антисмысловых олигонуклеотидных производных в комбинациях важно учитывать необходимость подбора концентраций, в том числе и в сочетаниях, а также порядка и периодов введения. Впервые предлагается временной комбинационно-концентрационный антисмысловой подход.

Development of new drugs able to decrease the level of “bad” cholesterol, in particular, based on antisense oligonucleotide derivatives (ASOs), remains relevant for the patients with familial hypercholesterolemia and/or intolerant to statins. The goal of the work was to assess the changes in the lipid metabolism caused by variants of joint impact of the ASOs targeted to the mRNAs of its key genes: apoB, PCSK9, and apoCIII. Female C57BL/6J mice; nuclease-protected 13- and 20-nucleotide ASOs, and standard protocols for quantification of lipoproteins (HDL CHL, non-HDL CHL, and total CHL) and ALT in the blood serum were used in the work. The following combinations of ASOs were four times injected to the mouse caudal vein: 1) ASO to apoB, 2) ASO to apoCIII, 3) ASO to apoB and ASO to PCSK9, 4) ASO to apoB, ASO to PCSK9, and ASO to apoCIII, 5) ASO to apoB (three doses), ASO to PCSK9, and ASO to apoCIII (two doses), 6) ASO to PCSK9 and (ASO to apoCIII – only in the fourth administration). Triple weekly administration of these ASO combinations resulted in a decrease in non-HDL CHL by 25, 16, 35, 47, 60, and 7 %, respectively, as compared with the control and 1.8-, 1.5-, 1.9-, 2.4-, 3.1, and 1.24-fold higher HDL CHL/ non-HDL CHL ratio. The subsequent ASO injection with concurrent switching to a high-fat diet after 1 week resulted in a decrease in the non-HDL CHL by 28, 2, 28, 70, 33, and 49 % for ASOs (1–6), respectively, as compared with the control; the HDL CHL/non-HDL CHL ratio was 1.5-, 1.1-, 2-, 3.7-, 1.9-, and 2-fold better. The ALT concentration for all ASO combinations remained within the norm for the control animals, demonstrating the absence of any hepatotoxic effect. The best efficiency of ASOs requires selection of concentrations for single ASOs and their combinations as well as of the order and timing of administration. Thus, a new antisense approach is proposed.

антисмысловые олигонуклеотидные производныерегуляция липидного обменаantisense oligonucleotide derivativeslipid metabolism regulationThis work was supported by State Budgeted Project 0324-2019-0041 for ICG SB RAS and Project 5-100, contract for the Novosibirsk State University. The authors are grateful to Drs. V.I. Kaledin and V.A. Naprimerov for kind assistance in the study.This work was supported by State Budgeted Project 0324-2019-0041 for ICG SB RAS and Project 5-100, contract for the Novosibirsk State University. The authors are grateful to Drs. V.I. Kaledin and V.A. Naprimerov for kind assistance in the study.ReferencesОшевский С.И., Рагино Ю.И., Каштанова Е.В., Полонская Я.В., Стахнева Е.М., Николин В.П., Попова Н.А., Кораблев А.Н., Колчанов Н.А., Воевода М.И. Одновременное воздействие несколькими антисмысловыми олигонуклеотидными производными, его эффективность на примере липидного обмена мыши. Атеросклероз. 2015;11(3):72-78.Oshevski S.I., Ragino Y.I., Kashtanova E.V., Polonskaya Y.V., Stakhneva E.M., Nikolin V.P., Popova N.A., Korablev A.N., Kolchanov N.A., Voevoda M.I. The efficacy of simultaneous action of several antisense oligonucleotide derivatives by the example of lipid metabolism in mice. Ateroskleroz = Atherosclerosis. 2015;11(3):7278. (in Russian)Antisense Drug Technology: Principles, Strategies, and Applications. Second Edition. Crooke S.T. (Ed.). CRC Press, 2008.Antisense Drug Technology: Principles, Strategies, and Applications. Second Edition. Crooke S.T. (Ed.). CRC Press, 2008.Aoki Y., Yokota T., Nagata T., Nakamura A., Tanihata J., Saito T., Duguez S.M., Nagaraju K., Hoffman E.P., Partridge T., Takeda S. Bodywide skipping of exons 45-55 in dystrophic mdx52 mice by systemic antisense delivery. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012;109(34): 13763-13768. DOI 10.1073/pnas.1204638109.Aoki Y., Yokota T., Nagata T., Nakamura A., Tanihata J., Saito T., Duguez S.M., Nagaraju K., Hoffman E.P., Partridge T., Takeda S. Bodywide skipping of exons 45-55 in dystrophic mdx52 mice by systemic antisense delivery. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012;109(34): 13763-13768. DOI 10.1073/pnas.1204638109.Burdick A.D., Sciabola S., Mantena S.R., Hollingshead B.D., Stanton R., Warneke J.A., Zeng M., Martsen E., Medvedev A., Makarov S.S., Reed L.A., Davis J.W. 2nd, Whiteley L.O. Sequence motifs associated with hepatotoxicity of locked nucleic acid–modified antisense oligonucleotides. Nucleic Acids Res. 2014;42(8):4882-4891. DOI 10.1093/nar/gku142.Burdick A.D., Sciabola S., Mantena S.R., Hollingshead B.D., Stanton R., Warneke J.A., Zeng M., Martsen E., Medvedev A., Makarov S.S., Reed L.A., Davis J.W. 2nd, Whiteley L.O. Sequence motifs associated with hepatotoxicity of locked nucleic acid–modified antisense oligonucleotides. Nucleic Acids Res. 2014;42(8):4882-4891. DOI 10.1093/nar/gku142.Echigoya Y., Nakamura A., Nagata T., Urasawa N., Lim K.R.Q., Trieu N., Panesar D., Kuraoka M., Moulton H.M., Saito T., Aoki Y., Iversen P., Sazani P., Kole R., Maruyama R., Partridge T., Takeda S., Yokota T. Effects of systemic multiexon skipping with peptide-conjugated morpholinos in the heart of a dog model of Duchenne muscular dystrophy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017;114(16):42134218. DOI 10.1073/pnas.1613203114.Echigoya Y., Nakamura A., Nagata T., Urasawa N., Lim K.R.Q., Trieu N., Panesar D., Kuraoka M., Moulton H.M., Saito T., Aoki Y., Iversen P., Sazani P., Kole R., Maruyama R., Partridge T., Takeda S., Yokota T. Effects of systemic multiexon skipping with peptide-conjugated morpholinos in the heart of a dog model of Duchenne muscular dystrophy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017;114(16):42134218. DOI 10.1073/pnas.1613203114.Geary R.S., Baker B.F., Crooke S.T. Clinical and preclinical pharmacokinetics and pharmacodynamics of mipomersen (Kynamro ® ): a second-generation antisense oligonucleotide inhibitor of apolipoprotein B. J. Clin. Pharmacokinet. 2015;54(2):133-146. DOI 10.1007/s40262-014-0224-4.Geary R.S., Baker B.F., Crooke S.T. Clinical and preclinical pharmacokinetics and pharmacodynamics of mipomersen (Kynamro ® ): a second-generation antisense oligonucleotide inhibitor of apolipoprotein B. J. Clin. Pharmacokinet. 2015;54(2):133-146. DOI 10.1007/s40262-014-0224-4.Gupta N., Fisker N., Asselin M.C., Lindholm M., Rosenbohm C., Ørum H., Elmén J., Seidah N.G., Straarup E.M. A locked nucleic acid antisense oligonucleotide (LNA) silences PCSK9 and enhances LDLR expression in vitro and in vivo. PLoS One. 2010;5(5):e10682. DOI 10.1371/journal.pone.0010682.Gupta N., Fisker N., Asselin M.C., Lindholm M., Rosenbohm C., Ørum H., Elmén J., Seidah N.G., Straarup E.M. A locked nucleic acid antisense oligonucleotide (LNA) silences PCSK9 and enhances LDLR expression in vitro and in vivo. PLoS One. 2010;5(5):e10682. DOI 10.1371/journal.pone.0010682.Harth G., Zamecnik P.C., Tabatadze D., Pierson K., Horwitz M.A. Hairpin extensions enhance the efficacy of mycolyl transferase-specific antisense oligonucleotides targeting Mycobacterium tuberculosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(17):7199-7204. DOI 10.1073/pnas.0701725104.Harth G., Zamecnik P.C., Tabatadze D., Pierson K., Horwitz M.A. Hairpin extensions enhance the efficacy of mycolyl transferase-specific antisense oligonucleotides targeting Mycobacterium tuberculosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(17):7199-7204. DOI 10.1073/pnas.0701725104.Hegele R.A., Tsimikas S. Lipid-lowering agents. Circ. Res. 2019; 124(3):386-404. DOI 10.1161/CIRCRESAHA.118.313171.Hegele R.A., Tsimikas S. Lipid-lowering agents. Circ. Res. 2019; 124(3):386-404. DOI 10.1161/CIRCRESAHA.118.313171.Holmberg R., Refai E., Höög A., Crooke R.M., Graham M., Olivecrona G., Berggren P.O., Juntti-Berggren L. Lowering apolipoprotein CIII delays onset of type 1 diabetes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011;108(26):10685-10689. DOI 10.1073/pnas.1019553108.Holmberg R., Refai E., Höög A., Crooke R.M., Graham M., Olivecrona G., Berggren P.O., Juntti-Berggren L. Lowering apolipoprotein CIII delays onset of type 1 diabetes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011;108(26):10685-10689. DOI 10.1073/pnas.1019553108.Panta R., Dahal K., Kunwar S. Efficacy and safety of mipomersen in treatment of dyslipidemia: A meta-analysis of randomized controlled trials. J. Clin. Lipidol. 2015;(2):217-225. DOI 10.1016/j.jacl.2014.12.006.Panta R., Dahal K., Kunwar S. Efficacy and safety of mipomersen in treatment of dyslipidemia: A meta-analysis of randomized controlled trials. J. Clin. Lipidol. 2015;(2):217-225. DOI 10.1016/j.jacl.2014.12.006.Straarup E.M., Fisker N., Hedtjärn M., Lindholm M.W., Rosenbohm C., Aarup V., Hansen H.F., Ørum H., Hansen J.B., Koch T. Short locked nucleic acid antisense oligonucleotides potently reduce apolipoprotein B mRNA and serum cholesterol in mice and nonhuman primates. Nucleic Acids Res. 2010;38(20):7100-7111. DOI 10.1093/nar/gkq457.Straarup E.M., Fisker N., Hedtjärn M., Lindholm M.W., Rosenbohm C., Aarup V., Hansen H.F., Ørum H., Hansen J.B., Koch T. Short locked nucleic acid antisense oligonucleotides potently reduce apolipoprotein B mRNA and serum cholesterol in mice and nonhuman primates. Nucleic Acids Res. 2010;38(20):7100-7111. DOI 10.1093/nar/gkq457.Subramanian R.R., Wysk M.A., Ogilvie K.M., Bhat A., Kuang B., Rockel T.D., Weber M., Uhlmann E., Krieg A.M. Enhancing antisense efficacy with multimers and multi-targeting oligonucleotides (MTOs) using cleavable linkers. Nucleic Acids Res. 2015;43(19):9123-9132. DOI 10.1093/nar/gkv992.Subramanian R.R., Wysk M.A., Ogilvie K.M., Bhat A., Kuang B., Rockel T.D., Weber M., Uhlmann E., Krieg A.M. Enhancing antisense efficacy with multimers and multi-targeting oligonucleotides (MTOs) using cleavable linkers. Nucleic Acids Res. 2015;43(19):9123-9132. DOI 10.1093/nar/gkv992.Van Poelgeest E.P., Swart R.M., Betjes M.G., Moerland M., Weening J.J., Tessier Y., Hodges M.R., Levin A.A., Burggraaf J. Acute kidney injury during therapy with an antisense oligonucleotide directed against PCSK9. Am. J. Kidney Dis. 2013;62(4):796-800. DOI 10.1053/j.ajkd.2013.02.359.Van Poelgeest E.P., Swart R.M., Betjes M.G., Moerland M., Weening J.J., Tessier Y., Hodges M.R., Levin A.A., Burggraaf J. Acute kidney injury during therapy with an antisense oligonucleotide directed against PCSK9. Am. J. Kidney Dis. 2013;62(4):796-800. DOI 10.1053/j.ajkd.2013.02.359.Visser M.E., Witztum J.L., Stroes E.S., Kastelein J.J. Antisense oligonucleotides for the treatment of dyslipidaemia. Eur. Heart J. 2012; 33(12):1451-1458. DOI 10.1093/eurheartj/ehs084.Visser M.E., Witztum J.L., Stroes E.S., Kastelein J.J. Antisense oligonucleotides for the treatment of dyslipidaemia. Eur. Heart J. 2012; 33(12):1451-1458. DOI 10.1093/eurheartj/ehs084.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.