Нарушение ответа на повреждение ДНК фосфоротиоатными антисмысловыми олигонуклеотидами

Когда полезные генная терапия вводят в заблуждение бригаду клеточного ремонта

Антисмысловые олигонуклеотиды, или ASO, — это растущий класс точных препаратов, предназначенных для включения или выключения отдельных генов. Их уже используют для лечения некоторых редких генетических заболеваний, и они проходят испытания для многих других болезней. Это исследование выявляет неожиданный недостаток одной распространённой химической модификации, применяемой для повышения стабильности таких препаратов: при определённых условиях она может обмануть клетку, заставив её думать, что ДНК повреждена, заблокировать механизмы ремонта и создать риск долгосрочного вреда для генома.

Дизайнерские переключатели генов и их химическое улучшение

ASO — это короткие одноцепочечные молекулы наследственного материала, созданные для распознавания и связывания конкретных РНК‑сообщений в клетке, тем самым подавляя или изменяя их. Чтобы выжить в организме и эффективно проникать в клетки, большинство терапевтических ASO несут фосфоротиоатную (PS) модификацию, при которой атом серы заменяет атом кислорода в каркасе цепи. Это небольшое изменение резко повышает их стабильность и склонность взаимодействовать с белками. Предыдущие работы показали, что PS‑ASO собираются в отдельные участки в ядре клетки и могут вызывать стресс в определённых ядерных структурах, но значение этого для ремонта ДНК и долгосрочной безопасности оставалось неясным.

Искусственные капли, имитирующие настоящие сайты ремонта ДНК

Авторы проследили за флуоресцентно мечеными PS‑ASO в человеческих клетках и обнаружили, что при обычно используемых экспериментальных дозах они быстро накапливаются в ядре и инициируют образование новых сферических структур, называемых PS‑телами. Эти тела формируются в зависимости от концентрации и ведут себя как жидкие капли, которые сливаются, растворяются и зависят от слабых молекулярных сил — характерные признаки жидкостно‑жидкостной фазовой сепарации. Важно, что они не расположены в местах реальных разрывов ДНК и не содержат обычных маркеров повреждённой ДНК. Вместо этого исследование показывает, что ключевые ферменты ремонта ДНК — включая DNA‑PKcs, ATM, ATR и PARP1 — напрямую связываются с PS‑ASO и сильно накапливаются внутри этих искусственных капель, хотя основная ДНК остаётся неизменённой.

Ложные тревоги, запускающие сигналы повреждения в клетке

Как только формируются, капли, инициированные ASO, делают больше, чем просто пассивно захватывают белки: они активируют ферменты ремонта. В течение часа после попадания ASO ферменты в этих каплях активируются и начинают модифицировать ближайший хроматин, украшивая гистоновые белки химическими метками, обычно возникающими после реального повреждения ДНК. Это запускает полный ответ на повреждение ДНК — привлечение дополнительных факторов ремонта, включение контрольной сигнализации и снижение активности клеточных цикловых двигателей, называемых CDK. В результате клетки замедляют или останавливают продвижение через ключевые фазы клеточного цикла, особенно в точке, где они обычно проверяют целостность ДНК перед делением. В мозге мышей, подвергшихся клинически релевантной доставке ASO, исследователи также наблюдали усиление сигналов повреждения ДНК в областях с большим поглощением ASO, что указывает на то, что эти эффекты не ограничиваются культурами клеток.

Неправильный ремонт и нарастающее число разрывов ДНК

Парадоксально, но при включённой системе тревоги фактическая способность клетки исправлять опасные разрывы ДНК ухудшается. Команда показала, что клетки, предварительно обработанные PS‑ASO, испытывают трудности с устранением повреждений после облучения и даже накапливают больше спонтанных разрывов, что измеряли с помощью комет‑ассэев и по стойким фокусам ремонта. Более детальный анализ одной из наиболее точных путей ремонта — гомологичной рекомбинации — выявил проблему: ключевые участники, такие как BRCA2 и RAD51, не собираются должным образом на концах разорванной ДНК, тогда как более ранние маркеры обработки этих концов по‑прежнему появляются. С использованием генетической репортерной системы авторы зафиксировали примерно 60% снижение эффективности гомологичной рекомбинации после воздействия PS‑ASO. Клетки в целом становятся менее жизнеспособными и заметно более чувствительными к радиации, что согласуется с ситуацией, когда система ремонта сигнализируется, но разворачивается неправильно.

Что это значит для будущего разрабатываемых генно‑направленных препаратов

В совокупности исследование указывает, что PS‑модифицированные ASO могут инициировать образование искусственных жидких капель в ядре, которые концентрируют и активируют ферменты ремонта ДНК, даже когда нет повреждений, требующих исправления. Эта хроническая ложная тревога нарушает нормальный выбор стратегии ремонта, особенно точной гомологичной рекомбинации, что приводит к стойким повреждениям ДНК, активации контрольных точек и гибели клеток. Хотя самые сильные эффекты наблюдаются при высоких уровнях ядерных ASO, типичных для трансфекционных экспериментов, тонкая активация сигналов повреждения обнаруживается даже при более низких, фармакологически релевантных дозах. Для пациентов и разработчиков лекарств посыл ясен: те химические свойства, которые делают ASO эффективными препаратами, в некоторых контекстах могут вмешиваться в основную систему защиты клетки — её способность поддерживать стабильность генома — подчёркивая необходимость разработки более безопасных скелетов молекул и мониторинга путей ремонта ДНК во время терапии.

Цитирование: Hjelmgren, L., Zhou, Q., Schmidli, S. et al. Dysregulation of the DNA damage response by phosphorothioate antisense oligonucleotides. Nat Commun 17, 2111 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69980-2

Ключевые слова: антисмысловые олигонуклеотиды, ответ на повреждение ДНК, жидкостная фазовая сепарация, гомологичная рекомбинация, стабильность генома