The development of Splice-Switching-Oligonucleotides in In-vivo studies on the basis of disease-causing mutations

Annähernd jede zehnte Mutation, die zu pathologischen Veränderungen führt, ist auf einen Austausch von Basenpaaren zurückzuführen, welche den Spleißvorgang und dadurch die Proteinbildung beeinflusst. Um solche Krankheiten erfolgreich therapieren zu können, ist es notwendig, in den fehlerhaften Spleißprozess einzugreifen. Oligonukleotide, die in diesen Prozess eingreifen, werden als Splice-switching-Oligonukleotide bezeichnet. Sie können durch gezielte Bindung an prä-mRNA die Rekrutierung von Spleißfaktoren verstärken oder verhindern, bewirken einen Einschluss oder Ausschluss von Exons und beeinflussen somit das alternative Spleißen. Damit die Splice-switching-Oligonukleotide auch in den Spleißvorgang eingreifen können, ist es unerlässlich, dass diese an ihren Wirkort in die Zellen gelangen. In-vivo Studien zeigten, dass DNA- und RNA-Oligonukleotide basierend auf nativen Nukleotiden sehr instabil sind, da diese durch Nukleasen im Serum rasch abgebaut werden können. Um die pharmakodynamischen und –kinetischen Eigenschaften der Oligonukleotide zu verbessern, wurden daher Modifikationen an der Molekülstruktur angewendet. Dabei handelt es sich sowohl um chemische Modifikationen, kovalente Konjugationen als auch supramolekulare Anordnungen. In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche Versuche und In-vivo Studien durchgeführt, in denen die verschiedenen Modifikationen von Splice-switching-Oligonukleotiden und deren pharmakologischen Wirkungen untersucht wurden. Neben verschiedenen Arten von Modifikationen wurden auch die verschiedenen Verabreichungsformen und Dosierungen getestet, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Trotz der großen Anzahl an In-vivo Studien, wird nur ein Bruchteil dieser Oligonukleotide in weitere klinische Studien aufgenommen. Bis zum heutigen Zeitpunkt gibt es nur wenig zugelassene Arzneimittel für die Therapie von genetisch bedingten Krankheiten, die auf Splice-switching-Oligonukleotiden basieren.Nearly one tenth of all disease-causing mutations are caused by single-base pair substitutions affecting pre-mRNA splicing. Many of these mutations are susceptible to splice switching therapy. In the splice switching process small nucleic acids are conducted toward cis splicing elements within pre-mRNA. These oligonucleotides, referred as splice switching oligonucleotides, can occur through targeted binding to pre-mRNA to enhance or prevent recruitment of splicing factors so as to cause exon inclusion or exclusion and influence alternative splicing. For a successful treatment of diseases caused by splicing abnormalities, delivery of splice switching oligonucleotides to their required cellular site of action is indispensable. Since unmodified DNA and RNA oligonucleotides are vulnerable to nuclease degradation in serum and cells, they are unstable in vivo. To improve binding affinity, stability and pharmacodynamic properties of oligonucleotides, chemical modifications have been applied. The most common modifications used are chemical modifications, covalent conjugation and supramolecular assemblies. In the past decades numerous in vivo studies have been conducted investigating different modifications of splice switching oligonucleotides and their pharmacological effects. In addition to different kinds of modifications, diverse routes of administration and dosages have been tested to achieve optimal results. Although there is a great number of in vivo studies, only few splice switching oligonucleotides overcome those studies and can be enrolled in further clinical trials. The number of splice switching oligonucleotides, which have been approved officially as treatment opportunity for diseases caused by gene mutations, are even much lower