SiRNA

Struktuur

siRNA-del on hästi defineeritud struktuur: see on lühike (enamasti 20–24 aluspaari), kaheahelaline RNA (dsRNA), millel on 5’ ots fosforüleeritud ning 3’ ots hüdroksüleeritud kahe üleliigse nukleotiidiga. siRNA-d toodetakse pikast kaheahelalisest RNA-st ja väikesest juuksenõela RNA-st ja seda protsessi katalüüsib Diceri ensüüm. siRNA-d saab rakkudesse ka transfekteerida. Teoreetiliselt on võimalik vaigistada kõiki geene sünteetilise siRNA-ga, millel on komplementaarne järjestus. Seetõttu on siRNA-d olulised geeni funktsionaalsuse määramisel ja ravimi spetsiifilisusel transkriptsiooni järgsel ajal.

RNAi induktsioon kasutades siRNA-sid või nende biosünteetilisi prekursoreid

Geenide vaigistamine kasutades genoomivälist siRNA-d, mis on viidud rakkudesse transfekteerides, ei ole väga efektiivne, sest siRNA pakutud efekt on lühiaegne, eriti kui tegemist on kiiresti jagunevate rakkudega. Seda saab vältida, kui luua siRNA jaoks ekspressiooni vektor. siRNA järjestust muudetakse nii, et luuakse kaheahelaline rõngas. Tulemuseks on lühike juuksenõela RNA (shRNA), mida Dicer ensüüm on võimeline töötlema uuesti funktsionaalseks siRNA-ks. Tavaliselt kasutatakse RNA polümeraas III promootorit (näiteks U6, mis on seotud geeni splaissimisega või H1, mis on Rnaasi komponent) transkriptsiooni kassetis, mis on mõeldud väikeste tuuma RNA-de (snRNA) transkriptsioonideks. Arvatakse, et snRNA-dest on samuti Diceri ensüüm võimeline tootma funktsionaalseid siRNA-sid.
Geeni vaigistamise efektiivsust saab suurendada ka kasutades Cell Squeeze (raku pigistamise) tehnikat, mis on vektorivaba platvorm rakusiseseks transpordiks. Selle käigus muudetakse rakkude kuju mehaaniliselt, viies neid läbi takistuse, mille diameeter on väiksem kui raku diameeter. Mehaanilise töötluse tulemusel tekivad kanalid, mille kaudu on siRNA-l võimalik rakku siseneda.
siRNA aktiivsus RNAi rajas sõltub suuresti sellest, kuidas on võimeline seonduma RNA-indutseeritud geenivaigistamiskompleks (RISC). Kui siRNA on seondunud RISC-ga, toimub siRNA lahti keerdumine ja senss- ehk kodeeriva ahela hävitamine endonukleaasidega. Alles jäänud antisess- ehk matriitsahela – RISC kompleks seondub sihtmärk mRNA-ga ning algab transkriptsiooniline vaigistamine.

RNA aktivatsioon

Hiljuti avastati, et kaheahealine RNA võib lisaks geeni vaigistamisele ka geene aktiveerida. Seda mehhanismi kutsutakse "väikeseks RNA-indutseeritud geeni aktiveerimiseks" ehk RNAa-ks. On näidatud, et dsRNA sihtmärk geeni promootorid indutseerivad tugevat transkriptsiooni aktiveerimisega seotud geenidel. RNAa töötamist on näidatud inimese rakkudes, kasutades sünteetilist dsRNA-d ning seda nimetati "väikeseks aktiveerivaks RNA-ks (saRNA). Veel ei ole teada, kas RNAa toimib ka teistes organismides.

Väljakutse: ebaspetsiifiliste efektide vältimine

Kuna RNAi sekkub ka mitmetesse teistesse signaali radadesse, võib juhtuda, et siRNA võib vahel põhjustada ebaspetsiifilisi efekte. Imetaja rakk võib kaheahelalist RNA-d, nagu on siRNA, pidada viiruse kõrvalproduktiks ning lasta immuunsüsteemil see hävitada. Veel enam, kuna mikroRNA on struktuurilt sarnane siRNA-ga ning mikroRNA reguleerib geeni ekspressiooni suuresti tänu ebatäielikule komplementaarsusele aluspaaride vahel sihtmärk mRNA-ga, siis võib siRNA rakku viimine põhjustada vale geeni vaigistamise.

Kaasasündinud immuunsus

Kui viia korraga liiga palju siRNA-d rakkudesse, võib juhtuda, et aktiveerub kaasasündinud immuunsus ning juhtub mitmeid ebaspetsiifilisi sündmuseid. Viimaste uurimuste järgi arvatakse, et selle põhjuseks on kaheahelalise RNA sensor PKR, kuid põhjuseks võib olla ka retinoidhappega indutseeritav geen I (RIG-I). Protsessis on kirjeldatud ka tsütokiini aktiveerimist Toll-sarnase retseptor seitsme (TLR7) vahendusel. Üheks lahenduseks ebaspetsiifiliste efektide vähendamiseks on muuta siRNA mikroRNA-ks. MikroRNA-sid leidub organismis loomulikult ning kasutades nende endogeenseid radu, peaks olema võimalik saavutada samasugune geeni vaigistamise efekt oluliselt madalama kontsentratsiooni juures võrreldes siRNA-ga. Kasutades mikroRNA-d peaks vähenema ebaspetsiifiliste efektide arv.

Mööda sihtimine

siRNA kasutamisel geeni vaigistamiseks on mureks mööda sihtimine. Sellisel juhul geenid, mis ei ole täielikult komplementaarsed, võidakse kogemata vaigistada siRNA abil (sest siRNA käitub kui miRNA) ning see võib viia andmete valele tõlgendamisele ja potentsiaalsele toksilisusele. Seda probleemi saab osaliselt vähendada, korraldades sobilikke kontrolleksperimente ning samuti arendatakse jõudsalt siRNA algoritme, mis oleksid vabad mööda sihtimisest. Kasutades kogu genoomi ekspressiooni uuringuid, näiteks mikrokiipide abil, on võimalik kontrollida uute siRNA-de töötamist ning arendada algoritme veelgi. 2006. aastal avaldatud uurimus Dr. Khvorova laborist näitas, et siRNA-des 6–7 aluspaari pikkused jupid alates teisest positsioonist kattuvad valesti vaigistatud geenide 3’UTR regioonidega.

Terapeutiline rakendamine

Teoorias on võimalik vaigistada igat geeni RNAi raja kaudu, kasutades siRNA-sid. Seetõttu on siRNA-de vastu suur huvi nii elementaar- kui ka rakendusbioloogias. Järjest enam jälgitakse suuremõõtmelisi RNAi radu, et teha kindlaks, millised on olulised geenid erinevates bioloogilistes protsessides. Eeldatakse, et kuna haigused sõltuvad tihti mitmest geenist, siis ühe geeni vaigistamist siRNA-ga võiks kasutada teraapiana.
Samas, kui rakendada RNAi siRNA-de vahendusel elavates organismides, eriti inimestes, tekivad mitmed takistused. Katsed on näidanud, et siRNA efektiivsus sõltub raku tüübist, kuid põhjust veel ei mõisteta. Mõned rakutüübid vastavad siRNA-le hästi ning toimub geeni vaigistamine, samas teistes rakutüüpides puudub geeni vaigistamine täielikult (kuigi on toimunud tõhus transfektsioon).
I faasi tulemused aastal 2005 kahele esimesele RNAi katsetele (mis olid vananemisega seotud kollatähni degeneratsiooni ehk AMD vastu) näitasid, et siRNA-d on hea kasutada ning sellel on farmakokineetilised omadused.
Teise eksperimendi esimese faasi kliinilistel katsetel oli 41 patsienti, kellel olid vähi metastaasid jõudud maksa. Neile manustati RNAi-d lipiidsete nanopartiklite vahendusel. RNAi sihtmärgiks olid kaks geeni, mis kodeerivad vähi rakkude kasvamiseks vajalikke valke. Need valgud on vaskulaarse endoteeli kasvufaktor (VEGF) ja kääviniidi kinesiini valk (KSP). Tulemused olid kliinilisest vaatepunktist kasulikud, vähk stabiliseerus pärast kuut kuud või mõne patsiendi puhul vähenesid metastaasid. Farmakodünaamilised biopsia analüüsid näitasid, et patsientidelt võetud kudedes olid RNAi kompleksid. See tõestas, et molekulid jõudsid ettenähtud sihtmärk-rakkudesse.
Kontseptsiooni uuringud on näidanud, et Ebola viirusele suunatud siRNA-d võivad olla inimestel efektiivsed kokkupuutejärgsed profülaktikavahendid. Katses elasid kõik osalenud ahvilised üle surmava koguse Zaire Ebola viirust (ZEBOV), mis on kõige ohtlikum ebola tüvi.