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DE102010022937A1 - Cell-specific activatable biologically active molecules based on siRNA, methods for their activation and application kit for administration - Google Patents

Cell-specific activatable biologically active molecules based on siRNA, methods for their activation and application kit for administration Download PDF

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DE102010022937A1
DE102010022937A1 DE102010022937A DE102010022937A DE102010022937A1 DE 102010022937 A1 DE102010022937 A1 DE 102010022937A1 DE 102010022937 A DE102010022937 A DE 102010022937A DE 102010022937 A DE102010022937 A DE 102010022937A DE 102010022937 A1 DE102010022937 A1 DE 102010022937A1
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DE
Germany
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sirna
cell
biologically active
active molecules
oligosaccharide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102010022937A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr. Pöhlmann Tobias
Dr. Günther Rolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Original Assignee
Universitaetsklinikum Jena
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/DE2011/001224 priority patent/WO2011150921A2/en
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Abstract

Aufgabe war es, biologische Wirksubstanzen zu schaffen, welche sowohl in vitro als auch in vivo bei Lebewesen, Pflanzen und Pilzen in oder an Zielzellen transfizierbar sind und ausschließlich dort die Expression von Genen hocheffektiv hemmen, ohne bei anderen Zellen des Organismus die wirkstoffspezifische Expression des Zielgens und damit die Bildung von Proteinen zu beeinflussen. Erfindungsgemäß besitzt die siRNA (1) zumindest eine kovalente Bindung (6) mit einem oder mehreren Oligosacchariden (3), welche jeweils eine oder mehrere spezifische und zu zielzellentypischen Enzymen ausgewählte chemische Strukturen aufweisen. Durch diese Bindung (6), die ausschließlich durch das oder die besagten zielzellentypischen Enzyme zur biologischen Aktivierung der Wirksubstanz aufgebrochen wird, bleiben die Moleküle bei anderen Zellen als den Zielzellen biologisch inaktiv. Anwendung finden diese Moleküle beispielsweise zur Beeinflussung der Genexpression von vorzugsweise erkrankten, mit Parasiten oder Pilzen befallenen und infizierten Organen, Zellen oder Pflanzen.The task was to create biological active substances which can be transfected both in vitro and in vivo in living beings, plants and fungi in or on target cells and only there highly effectively inhibit the expression of genes, without the drug-specific expression of the target gene in other cells of the organism and thus affect the formation of proteins. According to the invention, the siRNA (1) has at least one covalent bond (6) with one or more oligosaccharides (3), each of which has one or more specific chemical structures selected for target cell-typical enzymes. As a result of this binding (6), which is broken up exclusively by the target cell-specific enzyme (s) for biological activation of the active substance, the molecules remain biologically inactive in cells other than the target cells. These molecules are used, for example, to influence the gene expression of preferably diseased organs, cells or plants which are infected and infected with parasites or fungi.

Description

Die Erfindung betrifft spezielle biologisch wirksame Moleküle auf Grundlage von „short interfering RNA” (siRNA), ein Verfahren, um diese nach ihrer Transfektion in oder an eine Zelle durch das Vorkommen eines spezifischen Enzyms zellspezifisch zu aktivieren, sowie einen Applikationskit zur ihrer Anwendung, insbesondere zur Verabreichung in Verbindung mit einem Transfektionssystem. Die besagten biologisch wirksamen Moleküle interagieren nach ihrer Aktivierung mit der mRNA des Zielgens und bilden zusammen mit speziellen Endoribonukleasen einen RNA-Proteinkomplex mit der Bezeichnung „RISC” (RNA induced silencing complex). Der RISC Komplex bindet an die Target-mRNA, wobei Endonukleasen die Ziel-mRNA schneiden. Auf diese Weise wird die Genexpression verhindert und somit das Entstehen von Zielproteinen gehemmt.The invention relates to special biologically active molecules based on "short interfering RNA" (siRNA), a method for cell-specific activation after transfection into or on a cell by the occurrence of a specific enzyme, and an application kit for their use, in particular for administration in conjunction with a transfection system. The said biologically active molecules interact after activation with the mRNA of the target gene and, together with specific endoribonucleases, form an RNA-protein complex called "RISC" (RNA-induced silencing complex). The RISC complex binds to the target mRNA, with endonucleases cleaving the target mRNA. In this way, gene expression is prevented and thus the emergence of target proteins is inhibited.

Die zellspezifisch aktivierbaren, biologisch wirksamen Moleküle können beispielsweise zur Bekämpfung und Wachstumshemmung von Zellen, insbesondere bei der Behandlung von Pilz-Infektionen und Insektenbefall eingesetzt werden. Allgemein können die zellspezifisch aktivierbaren, biologisch wirksamen Moleküle zur Modulation der Genexpression der Zielzellen genutzt werden.The cell-specifically activatable, biologically active molecules can be used for example for controlling and inhibiting the growth of cells, in particular in the treatment of fungal infections and insect infestation. In general, the cell-specifically activatable, biologically active molecules can be used to modulate the gene expression of the target cells.

Die Hemmung der Genexpression durch Einbringen von kurzen (19–23bp), doppelsträngigen RNA-Molekülen (siRNA) bzw. PNA Molekülen in eukaryotische Zellen, die spezifisch für einen Sequenzabschnitt der mRNA eines Zielgens ist, wurde bereits beschrieben ( Elbashir SM et al.: Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells, Nature, 2001 May 24, 411(6836), 494–8 ; Liu Y et al.: Efficient and isoform-selective inhibition of cellular gene expression by peptide nucleic acids, Biochemistry, 2004 Feb 24, 43(7), 1921–7 ; US 5,898,031 ; US 7,056,704 ).The inhibition of gene expression by introducing short (19-23 bp), double-stranded RNA molecules (siRNA) or PNA molecules into eukaryotic cells which is specific for a sequence segment of the mRNA of a target gene has already been described ( Elbashir SM et al .: Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells, Nature, 2001 May 24, 411 (6836), 494-8 ; Liu Y et al .: Efficient and isoform-selective inhibition of cellular gene expression by peptide nucleic acids, Biochemistry, 2004 Feb 24, 43 (7), 1921-7 ; US 5,898,031 ; US 7,056,704 ).

Mit Hilfe solcher Moleküle wird nicht das Ablesen eines Gens und die Produktion einer mRNA verhindert, sondern es wird im Falle von siRNA ein zelleigener Mechanismus initiiert, der die Target-mRNA abbaut. Schließlich wird, wie vorbeschrieben, die Bildung eines spezifischen Proteins unterdrückt, ohne die Expression weiterer Gene zu beeinträchtigen (post-transcriptional gene silencing).Such molecules do not prevent the reading of a gene and the production of an mRNA, but in the case of siRNA, a cell-specific mechanism is initiated which degrades the target mRNA. Finally, as described above, the formation of a specific protein is suppressed without affecting the expression of other genes (post-transcriptional gene silencing).

Um die Expression eines Gens zu unterdrücken, können die siRNA Moleküle dabei insbesondere über Transfektionsreagenzien und Elektroporation direkt in die Zelle eingebracht werden ( Zhang M et al.: Downregulation enhanced green fluorescence Protein gene expression by RNA interference in mammalian cells, RNA Biol. 2004 May, 1(1), 74–7 ; Gilmore IR et al.: Delivery strategies for siRNA-mediated gene silencing, Epub 2004 May 22., Curr Drug Deliv. 2006 Apr, 3(2), 147–5 ; US 6,506,559 ).In order to suppress the expression of a gene, the siRNA molecules can be introduced directly into the cell, in particular via transfection reagents and electroporation ( Zhang M et al .: downregulation enhanced green fluorescence protein gene expression by RNA interference in mammalian cells, RNA Biol. 2004 May, 1 (1), 74-7 ; Gilmore IR et al .: Delivery strategies for siRNA-mediated gene silencing, Epub 2004 May 22, Curr Drug Deliv. 2006 Apr, 3 (2), 147-5 ; US 6,506,559 ).

Von Nachteil ist dabei, dass die siRNA relativ instabil ist, was durch chemische Modifikationen verbessert werden kann ( US 6,107,094 ).The disadvantage here is that the siRNA is relatively unstable, which can be improved by chemical modifications ( US 6,107,094 ).

Ein spezielles Problem der therapeutischen Anwendung von biologisch wirksamen Molekülen ist eine Applikation in vivo. Für eine solche Applikation wurden Möglichkeiten entwickelt, die siRNA zu stabilisieren, um den Abbau zu vermindern ( Morrissey et. al.: „Chemical Modifications of Synthetic siRNA”, Pharmaceutical Discovery, May 1, 2005 ), und es wurden Transfektionsreagenzen, beispielsweise Nanopartikel, in vivo jetPEITM (Polyplus), entwickelt, welche auch in vivo die siRNA in Zellen einbringen ( Vernejoul et al.: Antitumor effect of in vivo somatostatin receptor subtype 2 gene transfer in primary and metastatic pancreatic cancer models, Cancer Research 62, 2002, 6124–31 ; Urban-Klein B, Werth S, Abuharbeid S, Czubayko F, Aigner A: RNAi-mediated gene-targeting through systemic application of polyethylenimine(PEI)-complexed siRNA in vivo, Gene Ther 12(5), 2005, 461–6. ).A special problem of the therapeutic application of biologically active molecules is an application in vivo. For such an application possibilities have been developed to stabilize the siRNA in order to reduce the degradation ( Morrissey et. al .: "Chemical Modifications of Synthetic siRNA", Pharmaceutical Discovery, May 1, 2005 ), and transfection reagents, for example nanoparticles, have been developed in vivo jetPEI (Polyplus), which also introduce the siRNA into cells in vivo ( Vernejoul et al .: Antitumor effect of in vivo somatostatin receptor subtype 2 gene transfer in primary and metastatic pancreatic cancer models, Cancer Research 62, 2002, 6124-31 ; Urban-Klein B, Werth S, Abuharbeid S, Czubayko F, Aigner A: RNAi-mediated gene-targeting through systemic application of polyethyleneimine (PEI) -complexed siRNA in vivo, Gene Ther 12 (5), 2005, 461-6. ).

Ebenfalls wurden Methoden entwickelt, verstärkt Zellen eines Zielgewebes mit siRNA in vivo zu transfizieren ( Ikeda et. al.: „Ligand-Targeted Delivery of Therapeutic siRNA”, Pharmaceutical Research, Vol. 23, No. 8, August 2006 ).Also, methods have been developed to transfect cells of a target tissue with siRNA in vivo ( Ikeda et. al., "Ligand-Targeted Delivery of Therapeutic siRNA", Pharmaceutical Research, Vol. 8, August 2006 ).

Die Verabreichung von biologisch aktiven Substanzen in vivo ist allerdings auf Grund der systemischen Wirkung oft problematisch. Das Einbringen dieser Substanzen selektiv in Zielzellen erfolgt nicht ausreichend spezifisch. Dies ist besonders bei siRNA-Molekülen von Nachteil, die selektiv und ausschließlich in Zielzellen zur Wirkung kommen sollen. Durch gewebs- bzw. zellspezifisch-markierte Transfektionsreagenzien (z. B. Antikörper/Antigen-markierte Nanopartikel, TAT-Protein-Flankierung, u. a.) wird keine genügend große Zellspezifität erreicht. Fehltransfektionen sind die Folge.The administration of biologically active substances in vivo, however, is often problematic due to the systemic effect. The introduction of these substances selectively in target cells is not sufficiently specific. This is particularly disadvantageous for siRNA molecules which are intended to be selective and exclusive in target cells. By tissue- or cell-specific-labeled transfection reagents (eg antibody / antigen-labeled nanoparticles, TAT protein flanking, etc.), no sufficiently large cell specificity is achieved. Miscar transfections are the result.

Die gleiche Problematik betrifft den Einsatz von siRNA Molekülen zur gezielten Beeinflussung von Parasiten bzw. Schädlingen (z. B. Pilzen) in humanen Organen (z. B. Lunge) bzw. in Pflanzen.The same problem concerns the use of siRNA molecules for the targeted influencing of parasites or pests (eg fungi) in human organs (eg lungs) or in plants.

Weiterhin ist bekannt, siRNA-Moleküle durch Bindung von Fluorochromen in ihrer biologischen Wirkung zu inaktivieren und durch Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge in ihre aktive Form wieder zu überführen ( QN Nguyen et al.: Light controllable siRNAs regulate gene suppression and phenotypes in cells, Biochim Biophys Acta, 2006 ). Diese Aktivierung wird von außen initiiert und erfolgt in keiner Weise zellspezifisch. Dadurch wirken die besagten siRNA-Moleküle nach ihrer Aktivierung wiederum auch ungewollt in allen anderen transfizierten Zellen und nicht nur in den bestimmungsgemäßen Zielzellen.Furthermore, it is known to inactivate siRNA molecules by binding fluorochromes in their biological action and to reconvert them into their active form by irradiation with light of a specific wavelength ( QN Nguyen et al.: Light controllable siRNAs regulate gene suppression and phenotypes in cells, Biochim Biophys Acta, 2006 ). This activation is initiated from the outside and is in no way cell-specific. As a result, the said siRNA molecules act after their activation again unintentionally in all other transfected cells and not only in the intended target cells.

Außerdem kann auch dieser Mechanismus nur schwer in vivo oder bei Pflanzen angewandt werden.Moreover, even this mechanism is difficult to apply in vivo or in plants.

Des Weiteren ist bekannt ( DE 10 2007 008 596 A1 ), dass an eine siRNA Peptide zum Zwecke deren Inhibierung und Zielzell-spezifischer Abspaltung durch spezifisch-aktive Peptidasen gekoppelt werden können. Dazu ist es allerdings notwendig, dass Zielpeptide für solche Peptidasen an die siRNA gekoppelt werden, die in den Nicht-Zielzellen nicht vorhanden sind. In der Praxis hat sich gezeigt, dass nicht für alle Zielzellen entsprechende Peptidasen verfügbar sind. Zum Anderen ist es aufgrund der chemischen Struktur der Peptide und der siRNA notwendig, dass zwischen den beiden Bestandteilen ein so genanntes Linker-Molekül verwendet werden muss, welches nach der Aktivierung der siRNA, bzw. Abspaltung des Peptides an der siRNA verbleibt und deren Aktivität beeinträchtigen kann.Furthermore, it is known ( DE 10 2007 008 596 A1 ) that can be coupled to a siRNA peptides for the purpose of their inhibition and target cell-specific cleavage by specifically active peptidases. To do this, however, it is necessary that target peptides for such peptidases be coupled to the siRNA that are not present in the non-target cells. In practice, it has been shown that peptidases that are not available for all target cells are available. On the other hand, due to the chemical structure of the peptides and the siRNA, it is necessary that a so-called linker molecule be used between the two components, which remains after the activation of the siRNA, or cleavage of the peptide on the siRNA and affect their activity can.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, biologische Wirksubstanzen zu schaffen, welche sowohl in vitro als auch in vivo nicht nur bei Lebewesen und deren Gewebe, sondern auch bei Pflanzen und Pilzen in oder an eine Zielzelle transfizierbar sind und ausschließlich dort die Expression von Genen hocheffektiv hemmen, ohne bei anderen Zellen des Organismus die wirkstoffspezifische Expression des Zielgens und damit die Bildung von Proteinen zu beeinflussen.The invention is based on the object to provide biological active substances which are transfected both in vitro and in vivo not only in living things and their tissues, but also in plants and fungi in or on a target cell and only there the expression of genes highly effective inhibit without influencing the drug-specific expression of the target gene and thus the formation of proteins in other cells of the organism.

Für die beispielhaft angeführte Behandlung von Pilzinfektionen bei Pflanzen bedeutet das, die Expression des Zielgens und damit die Proteinbildung in Pilzzellen selektiv zu hemmen, ohne den Pilz umgebende Zellen (beispielsweise befallenes Pflanzengewebe), die auch von den Wirkstoffen erreicht werden können, sowie deren Fortbestand zu beeinträchtigen.For the exemplified treatment of fungal infections in plants, this means to selectively inhibit the expression of the target gene and thus the protein formation in fungal cells, without the fungus surrounding cells (for example infested plant tissue), which can also be reached by the active ingredients, and their survival affect.

Erfindungsgemäß werden die biologisch wirksamen Moleküle auf Grundlage von siRNA, kovalent an Oligosaccharide, beispielsweise Cellulose, gebunden und dadurch die biologisch wirksamen Moleküle inaktiviert. Es findet somit bei und nach der Transfektion in Zellen keine Hemmung einer spezifischen Genexpression statt, solange beispielsweise die Cellulose durch das Nichtvorhandensein des Cellulose-schneidenden Enzyms (Cellulase) an den siRNA-Molekülen verbleibt. Zum Zweck der besagten biologischen Inaktivierung besitzen die biologisch wirksamen Moleküle zumindest eine nur durch das oder die zellspezifischen Enzyme dieser Zielzelle aufbrechbare kovalente Bindung mit wenigstens einem Oligosaccharid, welches jeweils eine oder mehrere zu dem oder den zielzellentypischen Enzymen ausgewählte und für die aufbrechbare kovalente Bindung jeweils signifikante chemische Struktur aufweist.According to the invention, the biologically active molecules are covalently bound to oligosaccharides, for example cellulose, based on siRNA, thereby inactivating the biologically active molecules. There is thus no inhibition of specific gene expression during and after transfection into cells, as long as, for example, the cellulose remains due to the absence of the cellulose-cutting enzyme (cellulase) on the siRNA molecules. For the purpose of said biological inactivation, the biologically active molecules have at least one covalent bond with at least one oligosaccharide which can be disrupted only by the cell-specific enzyme (s) of that target cell, each one or more significant and / or significant for the disruptible covalent bond to the one or more target cell-type enzymes having chemical structure.

Durch ein geeignetes Transfektionssystem, beispielsweise Nanopartikel, Polyethylenimine oder Liposomen, können die inaktivierten Wirkstoffmoleküle in die Zielzellen transfiziert werden. Dort wird jeweils die besagte inaktivierende kovalenten Bindungen durch das spezifische Enzym, beispielsweise Cellulase, ausschließlich in Zellen, die dieses Enzym exprimieren, aufgebrochen, wodurch das nunmehr in der Zielzelle befindliche und von der Cellulose gelöste Molekül in seiner biologischen Wirksamkeit aktiviert wird. Dieses bindet darauf hin an die spezifische mRNA der Zielzelle und hemmt dadurch in an sich bekannter Weise die Genexpression in dieser speziellen Zelle.By means of a suitable transfection system, for example nanoparticles, polyethyleneimines or liposomes, the inactivated active substance molecules can be transfected into the target cells. In each case, said inactivating covalent bonds are broken down by the specific enzyme, for example cellulase, exclusively in cells which express this enzyme, thereby activating the biological activity of the molecule now in the target cell and dissolved by the cellulose. This then binds to the specific mRNA of the target cell and thereby inhibits gene expression in a known manner in this particular cell.

In allen anderen Zellen als die vorbestimmten Zielzellen, in welche diese inaktiven Molekülkonstrukte ebenfalls gelangen können, bleiben die Wirkstoffmoleküle inaktiv, da die kovalenten Bindungen zwischen der siRNA und der Cellulose durch das Nichtvorhandensein des Enzyms Cellulase bestehen bleiben. Die siRNA geht auf Grund der weiterhin kovalenten Bindung zur Cellulose keine Bindung mit der mRNA dieser Zelle ein, bzw. es wird kein RISC initiiert.In all cells other than the predetermined target cells into which these inactive molecular constructs can also enter, the drug molecules remain inactive because the covalent bonds between the siRNA and the cellulose persist due to the absence of the enzyme cellulase. Due to the further covalent binding to the cellulose, the siRNA does not bind with the mRNA of this cell, or no RISC is initiated.

Vorteilhaft kommt die kovalente Bindung zwischen siRNA und Oligosaccharid, im Gegensatz zur Bindung der siRNA an Peptide ohne erforderliche Bindungslinker aus, die nach Bindungsaufbruch an der siRNA zumindest teilweise verbleiben würden und welche die biologische Wirksamkeit der siRNA beeinträchtigen könnten. Dadurch kommen die Wirkstoffe mit sehr hoher biologischer Wirksamkeit zum bestimmungsgemäßen Einsatz.Advantageously, the covalent bond between siRNA and oligosaccharide, in contrast to the binding of siRNA to peptides without required linkage linker, which would remain at least partially after binding break at the siRNA and which could affect the biological activity of the siRNA. As a result, the active ingredients with very high biological effectiveness come to the intended use.

Wenngleich beispielsweise bei der Behandlung von Pilzinfektionen bei Pflanzen die zu transfizierenden erfindungsgemäßen Molekülkonstrukte in ihrer inaktiven (gebundenen) Form nicht nur in bzw. an Pilzzellen gelangen, sondern (was in der Praxis kaum zu vermeiden ist) auch pflanzliche Zellen erreichen können, werden selektiv ausschließlich in Pilzzellen mit dem dort exprimierten Enzym Cellulase das besagte Molekül in seiner biologischen Wirkung aktiviert und die wirkstoffbezogene Expression des Zielgens gehemmt. Diese Genexpression und damit die Proteinbildung für den Fortbestand der gesunden Zellen bleibt trotz der in diesen nicht befallenen (bzw. für die beabsichtigte biologische Wirkung nicht zweckbestimmten) Zellen befindlichen, jedoch permanent inaktiven Molekülkonstrukte von diesem Wirkstoff unberührt.Although, for example, in the treatment of fungal infections in plants, the molecule constructs according to the invention to be transfected in their inactive (bound) form not only reach fungal cells, but (which can hardly be avoided in practice) can also reach plant cells, become selectively exclusively activated in fungi cells with the cellulase enzyme expressed there, the said molecule in its biological activity and inhibits the drug-related expression of the target gene. This gene expression and thus the protein formation for the survival of the healthy cells remains unaffected by this active ingredient despite the non-affected in this (or not intended for the intended biological effect) cells, but permanently inactive molecular constructs.

Durch die vorgeschlagene hochselektive Wirkung der Moleküle infolge Zielzellenenzymspezifischer Inaktivität/Aktivierung in Pilzzellen können die zu transfizierenden biologisch inaktiven Molekülkonstrukte bei entsprechender Cellulose-Bindung problemlos Pilz-befallenen Pflanzen verabreicht werden.Due to the proposed highly selective effect of the molecules due to target cell enzyme specific inactivity / activation in fungal cells, the be administered to transfecting biologically inactive molecular constructs with appropriate cellulose binding easily fungus-infected plants.

Die Molekülkonstrukte können zum besseren Transport in bzw. an die Zielzellen sowie zu ihrer Stabilisierung außerdem an weitere Stoffe (beispielsweise Nanopartikel als Trägersystem) gebunden werden.The molecular constructs can also be bound to other substances (for example nanoparticles as a carrier system) for better transport into or onto the target cells and for their stabilization.

Darüber hinaus können zur Verbesserung der Transfektionsrate an sich bekannte Wirkungsmechanismen, welche die Gewebs- oder Zellselektivität erhöhen (beispielsweise Ligand/Antikörper/Antigen-markierte Nanopartikel) genutzt werden.Moreover, in order to improve the transfection rate, known mechanisms of action which increase the tissue or cell selectivity (for example ligand / antibody / antigen-labeled nanoparticles) can be used.

Durch Anwendung der Erfindung können diese Fehltransfektionen zwar nicht verhindert werden, jedoch sind die fehltransfizierten Moleküle in diesen anderen Zellen als die Zielzellen, wenngleich nach wie vor unerwünscht, biologisch nicht wirksam. Dieser Status bleibt auch trotz erfindungsgemäßer Molekülaktivierung in oder an den Zielzellen unverändert, so dass die biologische Wirkung selektiv ausschließlich in den Zielzellen erfolgt und im Gegensatz zu den bekannten Mechanismen eine hochgradig zellselektive Modulation der Genexpression erreicht wird.While this mis-transfection can not be prevented by use of the invention, the mis-transfected molecules in these other cells than the target cells, although still undesirable, are not biologically active. This status also remains unchanged despite inventive molecule activation in or on the target cells, so that the biological effect is selectively exclusively in the target cells and in contrast to the known mechanisms a highly cell-selective modulation of gene expression is achieved.

Die Erfindung ist nicht auf Anwendungen zur Behandlung von Pilz-infizierten Zellen beschränkt. Die erfindungsgemäßen Molekülkonstrukte können für alle Zellen angewandt werden, die Enzyme wie beispielsweise Cellulase exprimieren und sich in einer Umgebung von Zellen befinden, die dieses Enzym nicht exprimieren.The invention is not limited to applications for the treatment of fungal infected cells. The molecular constructs of the invention can be applied to all cells which express enzymes such as cellulase and are in an environment of cells which do not express this enzyme.

Vorteilhaft ist bei der Anwendung der besagten Moleküle zur Behandlung von Pilzinfektionen bei Pflanzen, dass die beispielsweise durch Cellulose inaktivierten siRNA Moleküle einige Zeit nach ihrer Anwendung durch die UV-Strahlung des Sonnenlichtes zerstört werden und dadurch nicht in die Nahrungskette gelangen. Selbst wenn diese inaktivierten Moleküle doch in die Nahrungskette gelangen sollten, sind sie dennoch wirkungslos und deshalb unbedenklich, da beispielsweise im menschlichen oder tierischen Körper keine entsprechenden Enzyme zur Aktivierung dieser siRNA Moleküle vorkommen.It is advantageous in the application of the said molecules for the treatment of fungal infections in plants that the inactivated for example by cellulose siRNA molecules are destroyed some time after their application by the UV radiation of sunlight and thus do not enter the food chain. Even if these inactivated molecules should nevertheless enter the food chain, they are nevertheless ineffective and therefore safe, since, for example, in the human or animal body, no corresponding enzymes for activating these siRNA molecules occur.

Vorteilhaft ist ebenfalls die Anwendung der besagten Moleküle auch für die Behandlung von Pilzbefall bei Menschen oder Tieren oder deren jeweiliges Gewebe ex vivo, da diese keine endogene Zellulasen oder andere pilzspezifische Enzyme exprimieren.Also advantageous is the use of the said molecules also for the treatment of fungal infestation in humans or animals or their respective tissue ex vivo, as these express no endogenous cellulases or other fungal-specific enzymes.

Des Weiteren ist die Anwendung der besagten Moleküle auch für die Behandlung von Pilzbefall von Lebensmitteln, pflanzlichen Produkten (z. B. Fasern, Heu, Saatgetreide), tierischen Produkten (z. B. Haute, Leder), aber auch von Gebäuden (Schimmel an Wänden und Tapeten, Holzschwämme, insbesondere Hausschwamm). Bei letzteren sind insbesondere auch Lignasen enzymatische Zielmoleküle.Furthermore, the application of said molecules is also for the treatment of fungal infestation of food, plant products (eg fibers, hay, seed cereals), animal products (eg Haute, leather), but also of buildings (mold Walls and wallpaper, wood sponges, especially dry rot). In the latter case, in particular, lignases are also enzymatic target molecules.

Ähnlich vorteilhaft ist die Behandlung von holzschädigenden Insekten und deren Larven, insbesondere des Hausbocks, mit den besagten Molekülen.Similarly advantageous is the treatment of wood-damaging insects and their larvae, in particular the domestic horse, with the said molecules.

Bei allen Behandlungen im Zusammenhang mit Gebäuden und Hölzern besteht ein Vorteil darin, dass keine chemischen Rückstände verbleiben, die die Nutzer schädigen könnten. Die besagen Moleküle werden nur spezifisch aktiviert und nach dem Ausbringen binnen kurzer Zeit abgebaut.One advantage of all building and wood treatments is that there are no chemical residues that could harm users. The said molecules are activated only specifically and degraded after application in a short time.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1: Ausschnitt aus der allgemeinen Struktur einer bekannten siRNA 1 : Section of the general structure of a known siRNA

2: Ausschnitt aus der allgemeinen Struktur einer bekannten Cellulose 2 : Section of the general structure of a known cellulose

3: erfindungsgemäßes siRNA-Oligosaccharid-Molekülkonstrukt, bei dem an das Zuckerphosphat-Rückgrad der siRNA beispielhaft ein Cellulosemolekül über eine durch das Enzym Cellulase aufbrechbare Schnittstelle des Molekülkonstrukts gekoppelt wurde 3 A siRNA-oligosaccharide molecular construct according to the invention in which a cellulose molecule has been coupled by way of example to the sugar phosphate backbone of the siRNA via an interface of the molecular construct which can be disrupted by the enzyme cellulase

In 1 ist die allgemeine Struktur der an sich bekannten Struktur einer siRNA 1 dargestellt. Dabei ist immer, wie allgemein dargestellt, eine organische Base an ein Zuckerphospat 2 gebunden. Eine organische Base und jeweils ein Zuckerphosphat 2 werden als Nukleotid bezeichnet; die Verbindung der einzelnen Zuckerphosphate 2 bilden die Grundstruktur der siRNA 1.In 1 is the general structure of the known structure of siRNA 1 shown. It is always, as generally shown, an organic base to a Zuckerphospat 2 bound. An organic base and one sugar phosphate each 2 are called nucleotide; the connection of the individual sugar phosphates 2 form the basic structure of the siRNA 1 ,

In 2 ist die Struktur einer bereits bekannten Cellulose 3 schematisch dargestellt. Diese besteht aus fünf gezeigten Glucosemolekülen 4, welche jeweils alternierend um 180 Grad sterisch zueinander gedreht zu einem linearen Makromolekül verbunden sind. Bei anderen Oligosacchariden können diese einzelnen Zuckermoleküle je nach Substanz auch nicht gedreht oder verzweigt miteinander verbunden sein (z. B. Stärke, Chitin, usw). Im Fall der dargestellten Cellulose sind Cellulasen in der Lage, diese einzelnen Glucosemoleküle 4 aus dem Makromolekül abzuspalten.In 2 is the structure of an already known cellulose 3 shown schematically. This consists of five glucose molecules shown 4 , which are each connected alternately by 180 degrees sterically to each other to a linear macromolecule. For other oligosaccharides, depending on the substance, these individual sugar molecules may not be twisted or branched (eg starch, chitin, etc.). In the case of the cellulose shown, cellulases are capable of producing these individual glucose molecules 4 to split off from the macromolecule.

In 3 ist die erfindungsgemäße Struktur eines vorgeschlagenen siRNA-Oligosaccharid-Moleküls 5 mit der Bindung zwischen der siRNA 1 und der Cellulose 3 dargestellt. Dabei ist im dargestellten Fall die Cellulose 3 an die 3'Position der siRNA 1 kovalent gebunden (Schnittstelle 6), wodurch die biologische Aktivität der siRNA 1 inhibiert wird. Die vollständige Inhibierung der siRNA 1 kann durch die Kopplung sehr langer Cellulose-Molekülketten (Polysaccharidketten) erreicht werden.In 3 is the structure according to the invention of a proposed siRNA-oligosaccharide molecule 5 with the binding between the siRNA 1 and the cellulose 3 shown. In this case, the cellulose is in the case shown 3 to the 3 'position of the siRNA 1 covalently bound (interface 6 ), thereby increasing the biological activity of the siRNA 1 is inhibited. Complete inhibition of siRNA 1 can be achieved by the coupling of very long cellulose molecular chains (polysaccharide chains).

Das in den Zielzellen vorkommende Enzym Cellulase zerlegt die Cellulose 3 (Cellulose-Oligosaccharid) durch den Aufbruch der kovalenten Bindung (Schnittstelle 6) in seine einzelnen Bestandteile und die siRNA 1 erlangt dadurch wieder seine biologische Aktivität.The enzyme cellulase, which occurs in the target cells, breaks down the cellulose 3 (Cellulose oligosaccharide) by the breaking of the covalent bond (interface 6 ) in its individual components and the siRNA 1 regains its biological activity.

Vorteilhaft ist ein Applikationskit, in welchem die einzusetzenden biologisch wirksamen Moleküle mit den gebundenen Oligosacchariden, welche in Hinsicht auf die besonderen Enzyme der Zielzellen ausgewählte Strukturen aufweisen, bereitgestellt werden, bzw. mit welchem die Oligosaccharide an die siRNA zum Erreichen des gewünschten inhibierenden Effektes gekoppelt werden können. Der Applikationskit sollte in Ampullenform alle notwendigen Inhaltsstoffe, in zweckmäßiger Weise auch eine Auswahl geeigneter Transfektionssysteme (wie Nanopartikel, Polyethylenimine oder Lipide), sonstige Zusatzstoffe (wie Antikörper, Liganden und Polyethylenglycol) sowie eine oder mehrere Sonden bzw. Spritzen mit Kanüle zur Injektion der Mischung aus den Ampulleninhalten in das die Zielzellen aufweisende Medium enthalten. Einige oder alle Reagenzien können auch in getrockneter Form, insbesondere lyophylisiert vorliegen. Sie werden vor der Anwendung in Wasser oder Puffer aufgelöst.Advantageous is an application kit in which the biologically active molecules to be used are provided with the bound oligosaccharides having selected structures with respect to the particular enzymes of the target cells, or with which the oligosaccharides are coupled to the siRNA to achieve the desired inhibitory effect can. The application kit should be in ampoule form containing all necessary ingredients, conveniently also a selection of suitable transfection systems (such as nanoparticles, polyethyleneimines or lipids), other additives (such as antibodies, ligands and polyethylene glycol) and one or more probes or syringes with cannula for injecting the mixture from the contents of the ampoules to the medium containing the target cells. Some or all reagents may also be in dried form, in particular lyophilized. They are dissolved in water or buffer before use.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
siRNA (schematisch dargestellter Ausschnitt der chemischen Struktur)siRNA (schematically represented section of the chemical structure)
22
Zuckerphosphatsugar phosphate
33
Cellulose (schematisch dargestellter Ausschnitt der chemischen Struktur)Cellulose (schematically represented section of the chemical structure)
44
Glucosemoleküleglucose molecules
55
siRNA-Oligosaccharid-MolekülsiRNA-oligosaccharide molecule
66
aufbrechbare Schnittstelle zwischen siRNA 1 und Cellulose 3 disruptible interface between siRNA 1 and cellulose 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Biologisch wirksame Moleküle, auf Grundlage von siRNA, zur biologisch inaktiven Transfektion in eine Zielzelle, um in dieser nach biologischer Aktivierung durch Bindung an mRNA und unter Formierung eines ”RISC”-Komplexes die Expression von Genen zu hemmen, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch wirksamen Moleküle (5) zum Zweck ihrer biologischen Inaktivierung außerhalb der Zielzelle zumindest eine nur durch das oder die zellspezifischen Enzyme dieser Zielzelle aufbrechbare kovalente Bindung (6) mit wenigstens einem Oligosaccharid (3) besitzen, welches jeweils eine oder mehrere zu dem oder den zielzellentypischen Enzymen ausgewählte und für die aufbrechbare kovalente Bindung (6) jeweils signifikante chemische Struktur aufweist.Biologically active molecules, based on siRNA, for biologically inactive transfection into a target cell to inhibit the expression of genes in this after biological activation by binding to mRNA and forming a "RISC" complex, characterized in that the biologically active Molecules ( 5 ) for the purpose of their biological inactivation outside the target cell, at least one covalent bond which can be disrupted only by the cell-specific enzyme (s) of this target cell ( 6 ) with at least one oligosaccharide ( 3 ), each of which has one or more selected for the or the target cell-specific enzymes and the breakable covalent bond ( 6 ) each having a significant chemical structure. Biologisch wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) zum Zweck des Aufbrechens der Bindung (6) durch das zellspezifische Enzym Cellulase die chemische Struktur von Cellulose aufweist.Biologically active molecules according to claim 1, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) for the purpose of breaking the bond ( 6 ) has the chemical structure of cellulose by the cell-specific enzyme cellulase. Biologisch wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) zum Zweck des Aufbrechens der Bindung (6) durch das zellspezifische Enzym Amylasen die chemische Struktur von Stärke aufweist.Biologically active molecules according to claim 1, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) for the purpose of breaking the bond ( 6 ) has the chemical structure of starch by the cell-specific enzyme amylases. Biologisch wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) zum Zweck des Aufbrechens der Bindung (6) durch das zellspezifische Enzym Chitinase die chemische Struktur von Chitin aufweist.Biologically active molecules according to claim 1, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) for the purpose of breaking the bond ( 6 ) has the chemical structure of chitin by the cell-specific enzyme chitinase. Biologisch wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) zum Zweck des Aufbrechens der Bindung (6) durch das zellspezifische Enzym Pektinase die chemische Struktur von Pektin aufweist.Biologically active molecules according to claim 1, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) for the purpose of breaking the bond ( 6 ) has the chemical structure of pectin by the cell-specific enzyme pectinase. Biologisch wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) zum Zweck des Aufbrechens der Bindung (6) durch das zellspezifische Enzym Chondroitinase die chemische Struktur von Proteoglycanen aufweist.Biologically active molecules according to claim 1, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) for the purpose of breaking the bond ( 6 ) has the chemical structure of proteoglycans by the cell-specific enzyme chondroitinase. Biologisch. wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) zum Zweck des Aufbrechens der Bindung (6) durch das zellspezifische Enzym Hyaluronidase die chemische Struktur von Hyaluronsäure aufweist.Biologically. active molecules according to claim 1, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) for the purpose of breaking the bond ( 6 ) has the chemical structure of hyaluronic acid by the cell-specific enzyme hyaluronidase. Biologisch wirksame Moleküle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Oligosaccharid (3) oder die siRNA (1) noch weitere Strukturen, beispielsweise Peptide, Polyethylenglycol, Cholesterin, Nanopartikel kovalent gebunden sind.Biologically active molecules according to one or more of claims 1-5, characterized in that the at least one oligosaccharide ( 3 ) or the siRNA ( 1 ), other structures, such as peptides, polyethylene glycol, cholesterol, nanoparticles are covalently bonded. Biologisch wirksame Moleküle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die siRNA (1) sowohl eine Bindung mit dem wenigstens einen Oligosaccharid (3) als auch eine Bindung mit wenigstens einem Peptid aufweist.Biologically active molecules according to claim 1, characterized in that the siRNA ( 1 ) both a bond with the at least one oligosaccharide ( 3 ) as well as having a binding with at least one peptide. Verfahren zur zellspezifischen Aktivierung von siRNA, bei dem diese vorzugsweise biologisch inaktiv in eine Zielzelle transfiziert wird, um dort nach deren biologischer Aktivierung unter Bindung an mRNA und unter Formierung eines ”RISC”-Komplexes die Expression von Genen zu hemmen, wobei die siRNA zum Zweck ihrer biologischen Inaktivierung außerhalb der Zielzelle bzw. vor der Transfektion kovalent an ein oder mehrere Oligosaccharide mit jeweils zumindest einer zu dem oder den zielzellentypischen Enzymen ausgewählten und für die aufbrechbare kovalente Bindung signifikanten chemischen Struktur gebunden wird und dass die kovalente Bindung des oder der Oligosaccharide an die siRNA zum Zweck ihrer biologischer Aktivierung jeweils durch das zielzellentypische Enzym aufgebrochen wird.A method for cell-specific activation of siRNA, wherein this is preferably transfected biologically inactive into a target cell to inhibit there after their biological activation with binding to mRNA and by forming a "RISC" complex, the expression of genes, wherein the siRNA for the purpose their biological inactivation outside the target cell or before transfection is covalently bound to one or more oligosaccharides each having at least one selected to the one or more target cell-specific enzymes and significant for the breakable covalent bond chemical structure and that the covalent binding of the oligosaccharides or the For the purpose of their biological activation, siRNA is broken up in each case by the target cell-typical enzyme. Applikationskit zur Herstellung und Verabreichung der biologisch wirksame Moleküle gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, bestehend zumindest aus – wenigstens einer Ampulle (Ampulle A), welche jeweils ein zum Zweck der Inaktivierung der siRNA ausgewähltes Oligosaccharid mit einer ausgewählten, dem Zielzellen-Enzym entprechenden, chemischen Struktur, insbesondere Celloluse, enthält und/oder wenigstens einer Ampulle (Ampulle B), welche jeweils eine zur Bindung des ausgewählten Oligosaccharides und für ein Zielgen spezifische siRNA (einzelsträngig oder doppelsträngig) enthält, – wenigstens einer weiteren Ampulle (Ampulle C) mit einem Transfektionssystem, insbesondere Nanopartikel, Polyethylen oder Lipide, – Verdünnungs- und Reaktionspuffer für die Inhalte der Ampullen A bis C, – einer oder mehreren Sonden bzw. Spritzen mit Kanüle und andere benötigte Materialien zur Injektion der Mischung aus den Ampulleninhalten in das die Zielzellen enthaltende Medium sowie – einer Anleitung zur Verabreichung mit einer Gegenüberstellung der auswählbaren Oligosaccharide für jeweilige Enzyme der Zielzelle.Application kit for the preparation and administration of the biologically active molecules according to one or more of claims 1 to 8, consisting at least of - At least one ampoule (ampoule A), each containing a selected for the purpose of inactivating the siRNA oligosaccharide with a selected, the target cell enzyme entprechenden, chemical structure, in particular Celloluse, and / or at least one ampoule (ampoule B), each contains a siRNA (single-stranded or double-stranded) specific for binding the selected oligosaccharide and for a target gene, At least one further ampoule (ampoule C) with a transfection system, in particular nanoparticles, polyethylene or lipids, Dilution and reaction buffer for the contents of ampoules A to C, - One or more probes or syringes with cannula and other materials required for injection of the mixture of the ampoule contents in the medium containing the target cells and Instructions for administration with a comparison of the selectable oligosaccharides for respective enzymes of the target cell.
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