Mémoire

Les oligonucléotides antisens : outils de génétique moléculaire et agents thérapeutiques

Antisense oligonucleotides: from tools in molecular genetics to therapeutic agents

¹ Laboratoire de Biophysique, INSERM U201, CNRS UA481, Muséum National d’Histoire Naturelle, 43, rue Cuvier, 75005 Paris, France.
² Centre de Biophysique Moléculaire, CNRS, 45076 Orléans Cedex, France.

Résumé

La fixation d’un oligonucléotide synthétique, appelé antisens, sur la séquence complémentaire d’un ARN messager choisi pour cible peut conduire à l’inhibition de la synthèse de la protéine correspondante. Il s’agit donc là d’un moyen de réguler artificiellement et de façon spécifique l’expression du gène cible. Deux mécanismes rendent compte de cet effet : d’une part un blocage physique de la progression du ribosome prévient l’initiation de la traduction, d’autre part la dégradation de l’ARNm associé à l’oligonucléotide antisens par les RNase-H empêche l’élongation de la chaîne peptidique. Des modifications chimiques peuvent être introduites dans ces molécules afin de leur conférer des propriétés particulières (résistance aux DNases, haute affinité, pénétration facilitée dans les cellules vivantes). Les oligonucléotides antisens, outils de génétique moléculaire, ont aidé à la caractérisation de la séquence mini-exon, acquise par trans-épissage, présente à l’extrémité 5' de tous les ARNm de trypanosomatidés et à celle de quelques ARNm de nématodes. De plus, des oligonucléotides antisens modifiés, complémentaires de cette séquence mini-exon induisent la mort de Trypanosoma brucei en culture; ces molécules pourraient donc constituer des prototypes d’une nouvelle classe d’agents thérapeutiques.

Abstract

The binding of an oligodeoxynucleotide, so-called anti-sense, to the complementary sequence of a messenger RNA can prevent the synthesis of the encoded protein. This approach constitutes a very efficient and specific means to artificially regulate gene expression. Numerous chemical modifications have been introduced into synthetic oligos in order to provide them with properties that unmodified molecules do not display. For instance, oligos built up with methylphosphonate, phosphorothioate and α-anomer units (see fig. 1) lead to molecules that are resistant to DNases. Acridinelinked oligos exhibit an increased affinity for the target sequence due to the intercalation of the dye into the oligo/RNA duplex. Two different mechanisms account for translation inhibition by antisense oligos. Inhibition of the elongation step results only from the induced cleavage of the target RNA by RNase-H. In contrast, oligos targeted upstream of the AUG initiation codon can block the initiation step through an RNase-H independent mechanism (fig. 2). As a consequence, methylphosphonate- and α-oligos, which do not elicit RNase-H activity, targeted to the 5' region, are efficient antisense ; but they are inactive if targeted to the coding sequence. Experiments performed with antisense oligos in cell-free extracts supported the notion that the mini-exon sequence, acquired by trans-splicing, was present on every message in trypanosomatids and on some of them in nematods. Furthermore, an acridine-linked oligo complementary to the mini-exon sequence of Trypanosoma brucei induced a lethal effect on cultured procyclics. Therefore these compounds constitute promising tools in molecular genetics and could open new routes to rationnally taylor therapeutic agents.