여러 신장 질환 마우스 모델에서 폴리에틸레니민 나노입자를 사용하여 신장에 외인성 인공 합성 miRNA 모방체의 전달
Summary
여기에서 우리는 여러 신장 질환 마우스 모델에서 비바이러스 벡터 및 폴리에틸렌이민 나노입자의 꼬리 정맥 주입을 통해 외인성 인공 합성 miRNA 모방체를 신장에 전달합니다. 이로 인해 신장에서 표적 miRNA가 크게 과발현되어 여러 마우스 모델에서 신장 질환의 진행이 억제되었습니다.
Abstract
단백질로 번역되지 않는 작은 비암호화 RNA(21-25 염기)인 microRNA(miRNA)는 다양한 신장 질환에서 번역을 불안정하게 만들고 억제함으로써 많은 표적 메신저 RNA(mRNA)를 억제합니다. 따라서, 외인성 인공적으로 합성된 miRNA 모조물에 의한 miRNA 발현의 교대는 많은 신장 질환의 발병을 억제하기 위한 잠재적으로 유용한 치료 옵션이다. 그러나, 혈청 RNAase는 생체 내에서 체계적으로 투여된 외인성 miRNA 모방체를 즉시 분해하기 때문에, 신장으로의 miRNA의 전달은 여전히 도전 과제로 남아 있다. 따라서, 외인성 miRNA 모조물을 RNAase에 의한 분해로부터 보호하고, 이를 신장에 현저하게 전달할 수 있는 벡터가 필요하다. 많은 연구에서 바이러스 벡터를 사용하여 외인성 miRNA 모방체 또는 억제제를 신장에 전달했습니다. 그러나 바이러스 벡터는 인터페론 반응 및/또는 유전적 불안정성을 유발할 수 있습니다. 따라서, 바이러스 벡터의 개발은 또한 외인성 miRNA 모방체 또는 억제제의 임상적 사용을 위한 장애물이다. 바이러스 벡터에 대한 이러한 우려를 극복하기 위해 우리는 폴리에틸이민 나노입자(PEI-NP)의 꼬리 정맥 주입을 사용하여 miRNA 모방체를 신장에 전달하는 비바이러스 벡터 방법을 개발했으며, 이는 신장 질환의 여러 마우스 모델에서 표적 miRNA의 상당한 과발현을 유도했습니다.
Introduction
단백질로 번역되지 않는 작은 비암호화 RNA(21-25 염기)인 miRNA는 다양한 신장 질환에서 표적 메신저 RNA(mRNA)를 불안정하게 만들고 번역을 억제함으로써 많은 표적 메신저 RNA(mRNA)를 억제합니다 1,2. 그러므로, 외인성 인위적으로 합성된 miRNA 모방체 또는 억제제를 사용하는 유전자 요법은 많은 신장 질환의 발병을 억제하기 위한 잠재적인 새로운 옵션이다 3,4,5.
유전자 치료를 위한 miRNA 모방체 또는 억제제의 약속에도 불구하고, 표적 장기로의 전달은 임상 잠재력을 개발하기 위한 생체 내 실험에 여전히 큰 장애물로 남아 있습니다. 인위적으로 합성된 miRNA 모방체 또는 억제제는 혈청 RNase에 의해 즉시 분해되기 때문에, 이들의 반감기는 생체 내 전신 투여시 단축된다 6. 추가로, 원형질막을 가로질러 세포질을 형질감염시키는 miRNA 모방체 또는 억제제의 효율은 일반적으로 적절한 벡터 없이 훨씬 더 낮다[7,8]. 이러한 일련의 증거는 신장에 대한 miRNA 모방체 또는 억제제 전달 시스템의 개발이 임상 환경에서 사용을 가능하게 하고 다양한 신장 질환을 가진 환자를 위한 새로운 치료 옵션으로 만들기 위해 필요함을 시사합니다.
바이러스 벡터는 외인성 miRNA 모조물 또는 억제제를 신장에 전달하기 위한 운반체로서 사용되어 왔다 9,10. 바이러스 벡터는 생물안전성 및 형질감염 효능을 위해 개발되었지만, 여전히 인터페론 반응 및/또는 유전적 불안정성을 유발할 수 있다11,12. 이러한 우려를 극복하기 위해, 우리는 신장 질환의 여러 마우스 모델에서 비바이러스 벡터인 폴리에틸이민 나노입자(PEI-NP)를 사용하여 신장에 대한 miRNA 모방 전달 시스템을 개발했습니다13,14,15.
PEI-NP는 miRNA 모방체를 포함한 올리고뉴클레오티드를 신장에 효과적으로 전달할 수 있는 선형 폴리머 기반 NP이며, 이들의 장기 안전성 및 생체적합성 13,16,17로 인해 비바이러스 벡터를 제조하는 데 바람직한 것으로 간주됩니다.
이 연구는 편측 요관 폐쇄(UUO)에 의해 생성된 신장 섬유증 모델 마우스에서 꼬리 정맥 주사를 통한 체계적인 외인성 miRNA 모방 전달의 효과를 보여줍니다. 또한, 우리는 당뇨병성 신장 질환 모델 마우스(db/db 마우스: C57BLKS/J Iar -+Lepr db/+Leprdb) 및 신장 허혈-재관류 손상(IRI)에 의해 생성된 급성 신장 손상 모델 마우스에서 꼬리 정맥 주사를 통해 PEI-NP를 사용한 체계적인 외인성 miRNA 모방 전달의 효과를 입증합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 원고에 제시된 프로토콜을 사용하여 PEI-NP는 miRNA 모방체를 신장에 전달하여 표적 miRNA의 과발현을 유도하여 신장 섬유증, 당뇨병성 신장 질환 및 AKI를 포함한 여러 신장 질환의 생체 내 마우스 모델에서 치료 효과를 얻을 수 있습니다.
PEI-NPs 및 miRNA 모방체의 복합체를 제조하는 방법은 매우 간단하다. PEI-NP의 양전하를 띤 표면은 13,14,15,16,17<s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 JSPS KAKENHI (보조금 번호 21K08233)에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 이 원고의 초안을 편집해 주신 Edanz (https://jp.edanz.com/ac)에게 감사드립니다.
Materials
| 4’,6-diamidino-2-phenylindole for staining to nucleus | Thermo Fisher Scientific | D-1306 | |
| Buffer RPE | Qiagen | 79216 | Wash buffer 2 |
| Buffer RWT | Qiagen | 1067933 | Wash buffer 1 |
| Control-miRNA-mimic (artificially synthesized miRNA) | Thermo Fisher Scientific | Not assigned | 5’-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT- 3’ (sense) 5’-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3′ (antisense) |
| Cy3-labeled double-strand oligonucleotides | Takara Bio Inc. | MIR7900 | |
| Fluorescein-labeled Lotus tetragonolobus lectin | Vector Laboratories Inc | FL-1321 | |
| In vivo-jetPEI | Polyplus | 101000021 | |
| MicroAmp Optical 96-well reaction plate for qRT-PCR | Thermo Fisher Scientific | 4316813 | 96-well reaction plate |
| MicroAmp Optical Adhesive Film | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | Adhesive film for 96-well reaction plate |
| miRNA-146a-5p mimic (artificially synthesized miRNA) | Thermo Fisher Scientific | Not assigned | 5’-UGAGAACUGAAUUCCAUGGGU UT-3′ (sense) 5’-CCCAUGGAAUUCAGUUCUCAUU -3′ (antisense) |
| miRNA-146a-5p primer | Qiagen | MS00001638 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miRNA-181b-5p mimic (artificially synthesized miRNA) | Gene design | Not assigned | 5’-AACAUUCAUUGCUGUCGGUGG GUU-3’ |
| miRNA-181b-5p primer | Qiagen | MS00006083 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miRNA-5100-mimic (artificially synthesized miRNA) | Gene design | Not assigned | 5’-UCGAAUCCCAGCGGUGCCUCU -3′ |
| miRNA-5100-primer | Qiagen | MS00042952 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miRNeasy Mini kit | Qiagen | 217004 | Membrane anchored spin column in a 2.0-mL collection tube |
| miScript II RT kit | Qiagen | 218161 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miScript SYBR Green PCR kit | Qiagen | 218073 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| QIA shredder | Qiagen | 79654 | Biopolymer spin columns in a 2.0-mL collection tube |
| QIAzol Lysis Reagent | Qiagen | 79306 | Phenol/guanidine-based lysis reagent |
| QuantStudio 12K Flex Flex Real-Time PCR system | Thermo Fisher Scientific | 4472380 | Real-time PCR instrument |
| QuantStudio 12K Flex Software version 1.2.1. | Thermo Fisher Scientific | 4472380 | Real-time PCR instrument software |
| RNase-free water | Qiagen | 129112 | |
| RNU6-2 primer | Qiagen | MS00033740 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| Tissue-Tek OCT (Optimal Cutting Temperature Compound) | Sakura Finetek Japan Co.,Ltd. | Not assigned |
References
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