Effiziente kleine Nukleinsäuren zur Bekämpfung humaner respiratorischer Viren

• Antragsteller: Professor Dr. Sven-Erik Behrens
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462028519

Antisense-Verfahren sind lange in der Entwicklung, für den therapeutischen Einsatz im Menschen und auch im Pflanzenschutz. Dabei werden zelluläre oder pathogene target RNAs inaktiviert (‚silenced‘) oder in ihrer Funktion moduliert. Zentrale Komponenten sind kleine Nukleinsäuren (NAs) wie small interfering RNAs (siRNAs) oder antisense DNA-Oligonukleotide (ASO). Diese dirigieren meist zelluläre Endonukleasen an die target RNAs. Nun zeigen erste Therapien, dass siRNA und ASO-Pharmakologie sicher und kommerziell vertretbar im Menschen praktizierbar sind. Zugleich werden Formulierungen entwickelt, die die Wirksamkeit, Sicherheit und Pharmakologie kleiner NA signifikant verbessern. Die Anwendung von Antisense-Verfahren trifft jedoch nach wie vor auf technische Grenzen. Ein zentrales Problem ist, dass es aufgrund der hohen strukturellen Komplexität vieler target RNAs bisher unmöglich ist, Bereiche, die für siRNA- oder ASO zugänglich sind und hier als ‚accessible sites‘ (a-sites) bezeichnet werden, zuverlässig zu identifizieren. Beim Design von NAs war man bisher folglich auf unsichere in silico-Prognosen und empirische Tests angewiesen. Es besteht dringender Bedarf dieses Problem zu lösen. Wir charakterisieren RNA-bindende Proteine und funktionelle RNA-Motive, die an der Replikation human-, tier- und pflanzenpathogener RNA Viren beteiligt sind. Im pflanzlichen System untersuchen wir die antivirale Immunantwort, die zentral auf RNA silencing beruht. Hier wurde von uns der sog. eNA screen entwickelt, mit dem in vitro zuverlässig siRNAs und ASO identifiziert werden können, die an a-sites komplex strukturierter RNA-Moleküle von Pflanzenviren assoziieren. So identifizierte eNAs inhibieren Proteinexpression und Replikation dieser target RNAs hoch effizient, auch in planta. Somit ist es erstmals möglich, im ‚test-tube‘ siRNAs und ASO zu identifizieren, die hochwirksam antiviral in vivo eingesetzt werden können. Die eNA screen Technologie hat entsprechend das Potenzial, Antisense-Verfahren deutlich effizienter und sicherer zu machen.Im Vorhaben soll untersucht werden, wie sich Strukturen komplexer RNAs unter den Bedingungen des eNA screens ausbilden und Charakteristika von a-sites ermittelt werden. Zudem wollen wir das Verfahren an zwei Beispielen humaner respiratorischer Viren, Influenza A und Respiratory syncytial Virus erproben. Durch den Einsatz multivalenter Kombinationen von eNAs, die viele a-sites in viralen RNAs attackieren, soll erreicht werden, schnell replizierende Viren und auch Varianten (Quasispezies) auszuschalten und escape zu verhindern. Langfristiges Ziel ist es, gegen Viren, für die nur schlecht wirksame oder keine antiviralen Substanzen und/oder Impfstoffe verfügbar sind, gut verträgliche oral/nasale Behandlungen zu entwickeln, die auf dem exklusiven Einsatz hocheffizienter eNAs beruhen. Diese könnten in frühen Infektionsstadien helfen, die Viruslast zu senken und das Risiko schwerer Krankheitsverläufe und Pandemien zu mindern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen