Efficient Tandem Cu-Catalyzed Click Synthesis of Multi-Sugar-Modified Oligonucleotides.
12. April 2024
Angewandte Chemie Internation Edition
Tölke AJ, Gaisbauer JF, Gärtner YV, Steigenberger B, Holovan A, Streshnev F, Schneider S, Müller M, Carell T.
Nucleic acids in the form of siRNA, antisense oligonucleotides or mRNA are currently explored as new promising modalities in the pharmaceutical industry. Particularly, the success of mRNA-vaccines against SARS-CoV-2, along with the successful development of the first sugar-modified siRNA therapeutics has inspired the field. The development of nucleic acid therapeutics requires efficient chemistry to link oligonucleotides to chemical structures that can improve stability, boost cellular uptake, or enable specific targeting. For the siRNA therapeutics currently in use, modification of the 3′-end of the oligonucleotides with triple-N-acetylgalactosamine (GalNAc)3 was shown to be of significance. This modification is currently achieved via a cumbersome multi-step synthesis and subsequent loading onto the solid support material. Here, we report the development of a bifunctional click-reactive linker that allows the modification of oligonucleotides in a tandem click reaction with multiple sugars, regardless of the position within the oligonucleotide, with remarkable efficiency and in a one-pot reaction.
Cu-Catalyzed Azide–Alkyne–Thiol Reaction Forms Ubiquitous Background in Chemical Proteomic Studies.
12. Januar 2024
Journal of the American Chemical Society
Wriest, A and Kielkowski P.
We report here a Cu-catalyzed azide–alkyne–thiol reaction forming thiotriazoles as the major byproduct under widely used bio-orthogonal protein labeling “click” conditions. The development of Cu(I)-catalyzed azide–alkyne cycloaddition (CuAAC) had a tremendous impact on many biological discoveries. However, the considered chemoselectivity of CuAAC is hampered by the high reactivity of cysteine free thiols, yielding thiotriazole protein conjugates. The reaction byproducts generate false-positive protein hits in functional proteomic studies. The reported detail investigation of conjugates between chemical probes containing terminal alkynes, azide tags, and cell lysates reveals the formation of thiotriazoles, which can be readily detected by in-gel fluorescence scanning or after peptide and protein enrichment by mass spectrometry-based proteomics. In protein level identification and quantification experiments, the produced fluorescent bands or enriched proteins may not result from the important enzymatically driven reaction and can be falsely assigned as hits. This study provides a complete list of the most common background proteins. The knowledge of this previously overlooked reactivity now leads to the introduction of modified CuAAC conditions, which avoids the undesired product formation, diminishes the background, and hence improves the signal-to-noise ratio.
CNATM Lecture: Cynthia Burrows
April 10, 2024, 17:15 Uhr
Nanopore Studies on Chemically Modified RNA from Viruses to Vaccines”
Using nanopore technology we have been able to apply direct RNA sequencing for chemical modifications by inspecting the data for base-calling errors, ionic current and dwell-time differences to map up to 17 modifications in 35 locations of the E. coli ribosome. For pseudouridine, these methods can be enhanced by modification-specific chemistry based on bisulfite. Application of these methods to viral RNA led us to identify conserved sites of pseudouridinylation of SARS-CoV-2 genomic RNA, and we could further sequence RNA synthesized by IVT in which m1Ψ replaces some of the U nucleotides with a view toward more effective mRNA vaccines. These results are a major step toward the Holy Grail of single-molecule sequencing for simultaneous identification and quantification of all nucleotide chemical modifications in RNA.
Prof. Dr. Cynthia Burrows is Thatcher Presidential Chair and Distinguished Professor Department of Chemistry, University of Utah, Salt Lake City
Location: ICEM / House L, Conference room, Würmtalstr. 201, 81377 Munich
Registration is required to participate: E-Mail
CNATM Lecture: Patrick Baumhof
23. Januar 2024, 17:15 Uhr
Developing mRNA based Therapeutics
In den letzten Jahren sind mRNA-basierte Therapeutika in den Mittelpunkt der Arzneimittelentwicklung gerückt. Jetzt, da mRNA-basierte Impfstoffe auf dem Markt sind, richtet sich das Augenmerk auf eine breitere Anwendung der Technologie. Als Pionier auf diesem Gebiet hat CureVac mehrere Hauptprinzipien entdeckt, die für die Entwicklung relevant sind. In der Präsentation werden verschiedene Anwendungen von mRNA in der Arzneimittelentwicklung erörtert.
Patrick Baumhof ist Senior Vize Präsident Technology bei CureVac (Tübingen).
Location: ICEM / House L, Seminarraum, Würmtalstr. 201, 81377 Munich
Für die Teilnahme ist eine Anmeldung per E-Mail erforderlich.
CNATM Meeting
18. Januar 2024
Wir möchten uns ganz herzlich bei allen Teilnehmern unseres Clustertreffens bedanken, die dazu beigetragen haben, die Veranstaltung zu einem vollen Erfolg zu machen. Die Präsentationen über den Fortschritt unserer Projekte waren spannend und haben das Engagement und die Innovationskraft unserer Clustermitglieder deutlich gemacht.
Wir freuen uns schon jetzt auf das nächste Treffen und darauf, den gemeinsamen Austausch auch in Zukunft fortzusetzen.
Lipoamino bundle LNPs for efficient mRNA transfection of dendritic cells
and macrophages show high spleen selectivity
06. Dezember 2023
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics
Messenger RNA (mRNA) is a powerful tool for nucleic acid-based therapies and vaccination, but efficient and specific delivery to target tissues remains a significant challenge. In this study, we demonstrate lipoamino xenopeptide carriers as components of highly efficient mRNA LNPs. These lipo-xenopeptides are defined as 2D sequences in different 3D topologies (bundles or different U-shapes). The polar artificial amino acid tetraethylene pentamino succinic acid (Stp) and various lipophilic tertiary lipoamino fatty acids (LAFs) act as ionizable amphiphilic units, connected in different ratios via bisamidated lysines as branching units. A series of more lipophilic LAF4-Stp1 carriers with bundle topology is especially well suited for efficient encapsulation of mRNA into LNPs, facilitated cellular uptake and strongly enhanced endosomal escape. These LNPs display improved, faster transfection kinetics compared to standard LNP formulations, with high potency in a variety of tumor cell lines (including N2a neuroblastoma, HepG2 and Huh7 hepatocellular, and HeLa cervical carcinoma cells), J774A.1 macrophages, and DC2.4 dendritic cells. High transfection levels were obtained even in the presence of serum at very low sub-microgram mRNA doses. Upon intravenous application of only 3 µg mRNA per mouse, in vivo mRNA expression is found with a high selectivity for dendritic cells and macrophages, resulting in a particularly high overall preferred expression in the spleen.
CNATM-Lecture: Roy van der Meel
30. November 2023, 17:15
Gene Silencing in HSPCs with an Apolipoprotein A1-Based Nanodelivery Platform
Nukleinsäuretherapeutika revolutionieren die Gesundheitsfürsorge durch Hemmung, Hinzufügung, Ersatz oder Veränderung von Genen. Die Lipid-Nanopartikel (LNP)-Technologie ist die derzeitige Goldstandard-Plattform, die die klinische Umsetzung des ersten siRNA-Medikaments Onpattro und der mRNA-Impfstoffe COVID-19 ermöglichte. Die derzeitigen LNP-Systeme eignen sich jedoch hauptsächlich für Impfstoffe nach lokaler Verabreichung oder für die hepatische Verabreichung nach intravenöser Verabreichung. Um das volle therapeutische Potenzial von RNA auszuschöpfen, stellt Roy van der Meel eine modulare Nanoplattformtechnologie für die systemische Verabreichung von Nukleinsäuren an Immunzellen in hämatopoetischen Organen unter Verwendung von Apolipoproteinen vor.
Roy van der Meel ist Professor für Präzisionsmedizin in der Abteilung für Biomedizinische Technik an der Technischen Universität Eindhoven.
Veranstaltungsort: ICEM / House L, Seminarraum, Würmtalstr. 201, 81377 Munich
Für die Teilnahme ist eine Anmeldung erforderlich.
ERC Strating Grant für Dr. Daniel Andergassen
November 2023
Dr. Daniel Andergassen erhielt für seine Forschung zu molekularen Ursachen in geschlechterspezifischen Unterschieden bei Herzinsuffizenz einen ERC Starting Grant.
m4 Award für Prof. Ulrike Protzer und ihr Projekt TherVacB
25. Oktober. 2023
Prof. Ulrike Protzer und ihr Projekt TherVacB war einer der 5 Gewinner des Bayerischen m4-Preises von BioM. TherVacB ist ein Projekt zur Entwicklung eines therapeutischen Impfstoffs gegen das Hepatitis-B-Virus.
Der m4 Award ist ein Vorgründungspreis für innovative, zukunftsträchtige medizinische Biotechnologieprojekte mit Preisgeldern zur weiteren Erforschung von Lösungen für innovative medizinische Probleme.
An Aminoisoxazole-Based Proto-RNA
12. Oktober 2023
Chemistry Europe 2023, e202300057
Felix Xu, Stefan Wiedemann, Jonas Feldmann, Sidney Becker and Thomas Carell
The RNA world hypothesis predicts that life started with the development of replicating and catalytically active RNA, which evolved in a process of molecular evolution to increasingly complex chemical structures. RNA is, however, so complex that it has most likely formed from a precursor (proto-RNA) that was more easily accessible in a prebiotic world. Recently, 3-aminoisoxazoles (IO3) were identified as building blocks that can form under prebiotic conditions and can rearrange to give the nucleoside cytidine (C). The present study shows that the constitutional isomer 5-aminoisoxazole (IO5) can undergo the same reaction to give uridine (U). Both compounds (IO3 and IO5), if embedded in RNA, react selectively to C and U, which are the main pyrimidine nucleosides of the genetic system. Importantly, the stereochemical outcome of the IO5 reaction in RNA depends on the neighboring bases. If they are β- configured RNA nucleosides, the reaction proceeds with high selectivity to give exclusively the β-configured U RNA base (anomeric control).
ERC Starting Grant für Prof. Baer de Oliveira Mann
September 2023
Für Ihr Projekt NTase Pro erhielt Frau Prof. Baer de Oliveira Mann einen ERC Starting Grant.
Trimannose-coupled antimiR-21 for macrophage-targeted inhalation treatment of acute inflammatory lung damage
28. Juli 2023
Christina Beck, Deepak Ramanujam, Paula Vaccarello, Florenc Widenmeyer, Martin Feuerherd, Cho-Chin Cheng, Anton Bomhard, Tatiana Abikeeva, Julia Schädler, Jan-Peter Sperhake, Matthias Graw, Seyer Safi, Hans Hoffmann, Claudia A. Staab-Weijnitz, Roland Rad, Ulrike Protzer, Thomas Frischmuth, Stefan Engelhardt
Recent studies of severe acute inflammatory lung disease including COVID-19 identify macrophages to drive pulmonary hyperinflammation and long-term damage such as fibrosis. Here, we report on the development of a first-in-class, carbohydrate-coupled inhibitor of microRNA-21 (RCS-21), as a therapeutic means against pulmonary hyperinflammation and fibrosis. MicroRNA-21 is among the strongest upregulated microRNAs in human COVID-19 and in mice with acute inflammatory lung damage, and it is the strongest expressed microRNA in pulmonary macrophages. Chemical linkage of a microRNA-21 inhibitor to trimannose achieves rapid and specific delivery to macrophages upon inhalation in mice. RCS-21 reverses pathological activation of macrophages and prevents pulmonary dysfunction and fibrosis after acute lung damage in mice. In human lung tissue infected with SARS-CoV-2 ex vivo, RCS-21 effectively prevents the exaggerated inflammatory response. Our data imply trimannose-coupling for effective and selective delivery of inhaled oligonucleotides to pulmonary macrophages and report on a first mannose-coupled candidate therapeutic for COVID-19.
Pressemitteilung zur Veröffentlichung in Nature Communications
08. August 2023
Hier geht es zum Artikel über die Veröffentlichung: “Trimannose-gekoppeltes antimiR-21 für die Makrophagen-gezielte Inhalationsbehandlung von akuten entzündlichen Lungenschäden” in Nature Communications.
CNATM-Vortrag: Muthiah Manoharan
19. Juli 2023
Living in the World of RNA Therapeutics
Synthetic small interfering RNAs (siRNAs) are potent inhibitors of gene expression. These molecules are perfect examples of biomimetic chemistry as synthetic siRNAs act through the natural RNA interference (RNAi) pathway. To deliver therapeutic siRNAs into human liver, Manoharan and his team developed approaches that include chemical modification of the siRNAs and either lipid nanoparticle (LNP) formulation or multivalent N-acetylgalactosamine (GalNAc) conjugation, making possible intravenous and subcutaneous administration, respectively. This presentation will cover the molecular basis of RNA therapeutics and their delivery including the chemical modifications and motifs used in each RNA strand to ensure uptake into cells of the targeted tissue, Ago2 recognition, silencing efficiency, metabolic stability, and safety.
Muthiah Manoharan ist Senior Vice President of Drug Discovery bei Alnylam Pharmaceuticals, Cambridge.
Ort: ICEM/ Haus L, Seminarraum, Würmtalstr. 201,81377 München
Für die Teilnahme ist eine Anmeldung erforderlich:
Link zur Anmeldung
CNATM Kick-Off Meeting
26. Juni 2023
Am 26. Juni fand das erste Kick-Off Meeting von CNATM am am Campus der LMU in Großhadern erfolgreich statt. Dieses diente als kurze Auftakt- und Informationsveranstaltung zum Beginn des Clusters. Viele Mitglieder und Partner des Zukunftsclusters waren dort vertreten und konnten sich persönlich vorstellen. Wir freuen uns besonders auf die gemeinsame Arbeit in der Zukunft.
Nucleic-Acid-Isar-Valley nimmt Arbeit auf
12. Mai 2023
Am 1. Mai hat der Zukunftscluster für Nukleinsäure Therapeutika (Cluster for Nucleic Acid Therapeutics Munich, CNATM) seine Arbeit aufgenommen.
CNATM ist ein Innovationsnetzwerk aus Wissenschaft und Wirtschaft, welches mit jährlich fünf Millionen Euro vom Bund, vom Freistaat und beteiligten Unternehmen gefördert wird. Der Forschungsverbund besteht aus Wissenschaftlern*innen der federführenden Universitäten LMU und der TUM. Unter Beteiligung der Universitäten von Regensburg und Würzburg, dem Helmholtz-Zentrum München und 17 Unternehmen aus der Region um München. Insgesamt gelang es 22 Anträgen zur Förderung zu verhelfen und damit der Start des Nucleic-Acid-Isar-Valleys.
Durch die multilateralen Kooperationen des CNATM entsteht ein Netzwerk, aus dem heraus neuartige nukleinsäure-basierte Wirkstoffe und Vakzine der nächsten Generation entwickelt werden sollen. Neueste Entdeckungen lassen hoffen, dass sich mit der Möglichkeit, Nukleinsäuren hochspezifisch und theoretisch vorhersagbar designen zu können, in der Medizin ganz neue Therapieansätze eröffnen und damit viele Menschen geholfen werden kann. Es gibt keine Substanzklasse, die besser zur personalisierten Medizin passt als Nukleinsäuren. Der Zukunftscluster möchte den Nukleinsäure-Therapien zum Durchbruch verhelfen und so einen Beitrag liefern, der Sinn stiftet: Menschen heilen und Arbeitsplätze in und um München schaffen.
CNATM einer von nur 7 Zukunftsclustern in Deutschland
18. Juli 2022
Wir freuen uns sehr, deutschlandweit einer von nur 7 und in Bayern der einzige Zukunftscluster der zweiten Wettbewerbsrunde zu sein.
Unser Dank gilt allen Mitgliedern und Partner-Firmen die dies ermöglicht haben.
