Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1056510.32607/20758251-2013-5-4-34-43ReviewsОбзорыResearch ArticleAptamers: Problems, Solutions and ProspectsАптамеры: проблемы, пути их решения и перспективыLakhinA. V.ЛахинА. В.
Russian Federation
lahin9@mail.ruTarantulV. Z.ТарантулВ. З.
Russian Federation
lahin9@mail.ruGeningL. V.ГенингЛ. В.
Russian Federation
lahin9@mail.ruInstitute of Molecular Genetics, Russian Academy of SciencesИнститут молекулярной генетики РАН1512201354VOL 5, NO4 (2013)ТОМ 5, №4 (2013)344317012020Copyright ©; 2013, Lakhin A.V., Tarantul V.Z., Gening L.V.Copyright ©; 2013, Лахин А.В., Тарантул В.З., Генинг Л.В.2013Lakhin A.V., Tarantul V.Z., Gening L.V.Лахин А.В., Тарантул В.З., Генинг Л.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10565

Aptamers are short single-stranded oligonucleotides that are capable of binding various molecules with high affinity and specificity. When the technology of aptamer selection was developed almost a quarter of a century ago, a suggestion was immediately put forward that it might be a revolutionary start into solving many problems associated with diagnostics and the therapy of diseases. However, multiple attempts to use aptamers in practice, although sometimes successful, have been generally much less efficient than had been expected initially. This review is mostly devoted not to the successful use of aptamers but to the problems impeding the widespread application of aptamers in diagnostics and therapy, as well as to approaches that could considerably expand the range of aptamer application.

Аптамеры – короткие одноцепочечные олигонуклеотиды, способные с высокой аффинностью и специфичностью связываться с молекулами различной природы. Когда почти четверть века назад была разработана технология получения аптамеров, сразу же предположили, что она может послужить революционизирующим началом для решения многих проблем диагностики и терапии разнообразных заболеваний. Многочисленные попытки практического использования аптамеров, хотя и были иногда успешными, однако в целом результаты оказались значительно скромнее, чем ожидалось. Настоящий обзор посвящен главным образом не успехам в использовании аптамеров, а тем проблемам, которые затрудняют их широкое применение в терапии и диагностике, и тем подходам, которые могут существенно повлиять на расширение областей применения аптамеров.

SELEXaptamerdiagnosticstherapeuticsproblemsSELEXаптамердиагностикатерапияпроблемыThis work was supported by the Program of the Presidium of the Russian Academy of Sciences “Molecular and Cell Biology,” and the Russian Foundation for Basic Research (grants №№ 13-04- 00598\13 and 13-04-00642\13).Работа поддержана программой «Молекулярная и клеточная биология» Президиума РАН и РФФИ (гранты № 13-04-00598 и 13-04-00642).[1] Gilbert W. // Nature 1986, V.319, P.618[2] Gold L., Janjic N., Jarvis T., Schneider D., Walker J.J., Wilcox S.K., Zichi D. // Cold Spring. Harb. Perspect. Biol. 2012, V.4, P.a003582[3] Cheng L.K., Unrau P.J. // Cold Spring. Harb. Perspect. Biol. 2010, V.2, P.a002204[4] Song K.M., Lee S., Ban C. // Sensors (Basel). 2012, V.12, P.612-631[5] Burnett J.C., Rossi J.J. // Chem. Biol. 2012, V.19, P.60-71[6] Conrad R.C., Giver L., Tian Y., Ellington A.D. // Meth. Enzymol. 1996, V.267, P.336-367[7] Kulbachinskiy A.V. // Biochemistry (Moscow). 2007, V.72, P.1505-1518[8] Bouchard P.R., Hutabarat R.M., Thompson K.M. // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2010, V.50, P.237-257[9] Cibiel A., Pestourie C., Ducongé F. // Biochimie. 2012, V.94, P.1595-1606[10] Yang L., Zhang X., Ye M., Jiang J., Yang R., Fu T., Chen Y., Wang K., Liu C., Tan W. // Adv. Drug. Deliv. Rev. 2011, V.63, P.1361-1370[11] Ellington A.D., Szostak J.W. // Nature 1990, V.346, P.818-822[12] Tuerk C., Gold L. // Science. 1990, V.249, P.505-510[13] Hermann T., Patel D.J. // Science. 2000, V.287, P.820-825[14] Nakamura Y., Ishiguro A., Miyakawa S. // Genes Cells. 2012, V.17, P.344-364[15] Marimuthu C., Tang T.H., Tominaga J., Tan S.C., Gopinath S.C. // Analyst. 2012, V.137, P.1307-1315[16] Mascini M., Palchetti I., Tombelli S. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2012, V.51, P.1316-1332[17] Liu J., You M., Pu Y., Liu H., Ye M., Tan W. // Curr. Med. Chem. 2011, V.18, P.4117-4125[18] Feldheim D.L., Eaton B.E. // ACS Nano. 2007, V.1, P.154-159[19] Zaher H.S., Unrau P.J. // RN A. 2007, V.13, P.1017-1026[20] Yan X., Gao X., Zhang Z. // Genomics Proteomics Bioinformatics. 2004, V.2, P.32-42[21] Kuwahara M., Sugimoto N. // Molecules. 2010, V.15, P.5423-5444[22] Li N., Nguyen H.H., Byrom M., Ellington A.D. // PLoS One. 2011, V.6, P.e20299[23] Derbyshire N., White S.J., Bunka D.H., Song L., Stead S., Tarbin J., Sharman M., Zhou D., Stockley P.G. // Anal. Chem. 2012, V.84, P.6595-6602[24] Lebars I., Richard T., Di Primo C., Toulmé J.J. // Blood Cells Mol. Dis. 2007, V.38, P.204-209[25] Hernandez F.J., Stockdale K.R., Huang L., Horswill A.R., Behlke M.A., McNamara J.O. 2nd. // Nucl. Acid Ther. 2012, V.22, P.58-68[26] Siddiqui M.A., Keating G.M. // Drugs. 2005, V.65, P.1571-1579[27] Mayer G. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009, V.48, P.2672-2689[28] Nitsche A., Kurth A., Dunkhorst A., Pänke O., Sielaff H., Junge W., Muth D., Scheller F., Stöcklein W., Dahmen C. // BMC Biotechnol. 2007, V.7, P.48[29] Mori Y., Nakamura Y., Ohuchi S. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2012, V.420, P.440-443[30] Di Giusto D.A., Knox S.M., Lai Y., Tyrelle G.D., Aung M.T., King G.C. // Chembiochem. 2006, V.7, P.535-544[31] Levin A.A. // Biochim. Biophys. Acta. 1999, V.1489, P.69-84[32] Eulberg D., Klussmann S. // ChemBioChem. 2003, V.4, P.979-983[33] Turner J.J., Hoos J.S., Vonhoff S., Klussmann S. // Nucleic Acids Research 2011, V.39, P.e147[34] Hafner M., Vianini E., Albertoni B., Marchetti L., Grune I., Gloeckner C., Famulok M. // Nature Protocols 2008, V.3, P.579-587[35] Yamazaki S., Tan L., Mayer G., Hartig J.S., Song J.N., Reuter S., Restle T., Laufer S.D., Grohmann D., Krausslich H.G. // Chem. Biol. 2007, V.14, P.804-812[36] Pasut G., Veronese F.M. // J. Control. Release. 2012, V.161, P.461-472[37] Milla P., Dosio F., Cattel L. // Curr. Drug Metab. 2012, V.13, P.105-119[38] Tan L., Neoh K.G., Kang E.T., Choe W.S., Su X. // Macromol. Biosci. 2011, V.11, P.1331-1335[39] Boomer R.M., Lewis S.D., Healy J.M., Kurz M., Wilson C., McCauley T.G. // Oligonucleotides. 2005, V.15, P.183-195[40] Rusconi C.P., Roberts J.D., Pitoc G.A., Nimjee S.M., White R.R., Quick G. Jr., Scardino E., Fay W.P., Sullenger B.A. // Nat. Biotechnol. 2004, V.22, P.1423-1428[41] Rusconi C.P., Scardino E., Layzer J., Pitoc G.A., Ortel T.L., Monroe D., Sullenger B.A. // Nature 2002, V.419, P.90-94[42] Bompiani K.M., Monroe D.M., Church F.C., Sullenger B.A. // J. Thromb. Haemost. 2012, V.10, P.870-880[43] Oney S., Lam R.T., Bompiani K.M., Blake C.M., Quick G., Heidel J.D., Liu J.Y., Mack B.C., Davis M.E., Leong K.W. // Nat. Med. 2009, V.15, P.1224-1228[44] Bompiani K.M., Woodruff R.S., Becker R.C., Nimjee S.M., Sullenger B.A. // Curr. Pharm. Biotechnol. 2012, V.13, P.1924-1934[45] Davis M.E., Pun S.H., Bellocq N.C., Reineke T.M., Popielarski S.R., Mishra S., Heidel J.D. // Curr. Med. Chem. 2004, V.11, P.179-197[46] Mao H.Q., Leong K.W. // Adv. Genet. 2005, V.53, P.275-306[47] Joachimi A., Mayer G., Hartig J.S. // J. Am. Chem. Soc. 2007, V.129, P.3036-3037[48] Buff M.C., Schäfer F., Wulffen B., Müller J., Pötzsch B., Heckel A., Mayer G. // Nucleic Acids Research 2010, V.38, P.2111-2118[49] Brieke C., Rohrbach F., Gottschalk A., Mayer G., Heckel A. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2012, V.51, P.8446-8476[50] Good P.D., Krikos A.J., Li S.X., Bertrand E., Lee N.S., Giver L., Ellington A., Zaia J.A., Rossi J.J., Engelke D.R. // Gene Ther. 1997, V.4, P.45-54[51] Ausländer D., Wieland M., Ausländer S., Tigges M., Fussenegger M. // Nucleic Acids Research 2011, V.39, P.e155[52] Chaloin L., Lehmann M.J., Sczakiel G., Restle T. // Nucleic Acids Research 2002, V.30, P.4001-4008[53] Mi J., Zhang X., Rabbani Z.N., Liu Y., Su Z., Vujaskovic Z., Kontos C.D., Sullenger B.A., Clary B.M. // Nucleic Acids Research 2006, V.34, P.3577-3584[54] Mayer G., Blind M., Nagel W., Böhm T., Knorr T., Jackson C.L., Kolanus W., Famulok M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001, V.98, P.4961-4965[55] Davydova A.S., Vorobjeva M.A., Venyaminova A.G. // Acta Naturae. 2011, V.3, №4(11), P.12-29[56] Meyer C., Eydeler K., Magbanua E., Zivkovic T., Piganeau N., Lorenzen I., Grötzinger J., Mayer G., Rose-John S., Hahn U. // RN A Biol. 2012, V.9, P.67-80[57] Zhao Y., Duan S., Zeng X., Liu C., Davies N.M., Li B., Forrest M.L. // Mol. Pharm. 2012, V.9, P.1705-1716[58] Min K., Jo H., Song K., Cho M., Chun Y.S., Jon S., Kim W.J., Ban C. // Biomaterials. 2011, V.32, P.2124-2132[59] Liu Y., Kuan C.T., Mi J., Zhang X., Clary B.M., Bigner D.D., Sullenger B.A. // Biol. Chem. 2009, V.390, P.137-144[60] Sun W., Du L., Li M. // Curr. Pharm. Des. 2011, V.17, P.80-91[61] Ye M., Hu J., Peng M., Liu J., Liu J., Liu H., Zhao X., Tan W. // Int. J. Mol. Sci. 2012, V.13, P.3341-3353[62] Göringer H.U. // Trends Parasitol. 2012, V.28, P.106-113[63] Moreno M., González V.M. // Curr. Med. Chem. 2011, V.18, P.5003-5010[64] Wan Y., Liu Y., Allen P.B., Asghar W., Mahmood M.A., Tan J., Duhon H., Kim Y.T., Ellington A.D., Iqbal S.M. // Lab. Chip. 2012, V.12, P.4693-4701[65] Sheng W., Chen T., Kamath R., Xiong X., Tan W., Fan Z.H. // Anal. Chem. 2012, V.84, P.4199-4206[66] Javier D.J., Nitin N., Levy M., Ellington A., Richards-Kortum R. // Bioconjug. Chem. 2008, V.19, P.1309-1312[67] Khan S.A., Kanchanapally R., Fan Z., Beqa L., Singh A.K., Senapati D., Ray P.C. // Chem. Commun. (Camb.) 2012, V.48, P.6711-6713[68] Kanoatov M., Javaherian S., Krylov S.N. // Anal. Chim. Acta. 2010, V.681, P.92-97[69] Javaherian S., Musheev M.U., Kanoatov M., Berezovski M.V., Krylov S.N. // Nucleic Acids Research 2009, V.37, P.e62[70] Han B., Zhao C., Yin J., Wang H. // J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Life Sci. 2012, V.903, P.112-117[71] Arnau J., Lauritzen C., Petersen G.E., Pedersen J. // Protein Expr. Purif. 2006, V.48, P.1-13[72] Mi J., Liu Y., Rabbani Z.N., Yang Z., Urban J.H., Sullenger B.A., Clary B.M. // Nat. Chem. Biol. 2010, V.6, P.22-24[73] Gening L.V., Klincheva S.A., Reshetnjak A., Grollman A.P., Miller H. // Nucleic Acids Research 2006, V.34, P.2579-2586[74] Lakhin A.V., Kazakov A.A., Makarova A.V., Pavlov Y.I., Efremova A.S., Shram S.I., Tarantul V.Z., Gening L.V. // Nucl. Acid Ther. 2012, V.22, P.49-57[75] Cox J.C., Ellington A.D. // Bioorg. Med. Chem. 2001, V.9, P.2525-2531[76] Eulberg D., Buchner K., Maasch C., Klussmann S. // Nucleic Acids Research 2005, V.33, P.e45[77] Berezovski M., Drabovich A., Krylova S.M., Musheev M., Okhonin V., Petrov A., Krylov S.N. // J. Am. Chem. Soc. 2005, V.127, P.3165-3171[78] Drabovich A.P., Berezovski M., Okhonin V., Krylov S.N. // Anal. Chem. 2006, V.78, P.3171-3178[79] Soontornworajit B., Wang Y. // Anal. Bioanal. Chem. 2011, V.399, P.1591-1599[80] Hong P., Li W., Li J. // Sensors (Basel). 2012, V.12, P.1181-1193[81] Shin S., Kim I.H., Kang W., Yang J.K., Hah S.S. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010, V.20, P.3322-3325[82] Lee S., Song K.M., Jeon W., Jo H., Shim Y.B., Ban C. // Biosens. Bioelectron. 2012, V.35, P.291-296[83] Wang Y., Xu D., Chen H.Y. // Lab. Chip. 2012, V.12, P.3184-3189[84] Tan X., Chen W., Lu S., Zhu Z., Chen T., Zhu G., You M., Tan W. // Anal. Chem. 2012, V.84, P.8272-8276[85] Orozco J., Campuzano S., Kagan D., Zhou M., Gao W., Wang J. // Anal. Chem. 2011, V.83, P.7962-7969[86] Kökpinar O., Walter J.G., Shoham Y., Stahl F., Scheper T. // Biotechnology and Bioengineering 2011, V.108, P.2371-2379[87] Bruno J.G., Richarte A.M., Carrillo M.P., Edge A. // Biosens. Bioelectron. 2012, V.31, P.240-243[88] Lauridsen L.H., Shamaileh H.A., Edwards S.L., Taran E., Veedu R.N. // PLoS One. 2012, V.7, P.e41702[89] Huang Y., Zhao S., Chen Z.F., Shi M., Liang H. // Chem. Commun. (Camb.) 2012, V.48, P.7480-7482[90] Han K., Liang Z., Zhou N. // Sensors. 2010, V.10, P.4541-4557[91] Ocaña C., Pacios M., del Valle M. // Sensors (Basel). 2012, V.12, P.3037-3048[92] Feng L., Chen Y., Ren J., Qu X. // Biomaterials. 2011, V.32, P.2930-2937[93] Missailidis S., Hardy A. // Expert. Opin. Ther. Pat. 2009, V.19, P.1073-1082[94] Huang Y.Z., Hernandez F.J., Gu B., Stockdale K.R., Nanapaneni K., Scheetz T.E., Behlke M.A., Peek A.S., Bair T., Giangrande P.H. // Mol. Pharmacol. 2012, V.82, P.623-635[95] Pastor F., Kolonias D., McNamara J.O. 2nd., Gilboa E. // Molecular Therapy 2011, V.19, P.1878-1886[96] Zeller S.J., Kumar P. // Yale J. Biol. Med. 2011, V.84, P.301-309[97] Binning J.M., Leung D.W., Amarasinghe G.K. // Front. Microbiol. 2012, V.3, P.29[98] Gopinath S.C., Hayashi K., Kumar P.K. // Virology Journal 2012, V.86, P.6732-6744[99] Mufhandu H.T., Gray E.S., Madiga M.C., Tumba N., Alexandre K.B., Khoza T., Wibmer C.K., Moore P.L., Morris L., Khati M. // Virology Journal 2012, V.86, P.4989-4999[100] Zhang Y., Hong H., Cai W. // Curr. Med. Chem. 2011, V.18, P.4185-4194[101] Orava E.W., Cicmil N., Gariépy J. // Biochim. Biophys. Acta. 2010, V.1798, P.2190-2200[102] Zhu Q., Shibata T., Kabashima T., Kai M. // Eur. J. Med. Chem. 2012, V.56, P.396-399[103] Neff C.P., Zhou J., Remling L., Kuruvilla J., Zhang J., Li H., Smith D.D., Swiderski P., Rossi J.J., Akkina R. // Sci. Transl. Med. 2011, V.3, P.66ra6[104] Yu B., Tai H.C., Xue W., Lee L.J., Lee R.J. // Mol. Membr. Biol. 2010, V.27, P.286-298[105] Talekar M., Kendall J., Denny W., Garg S. // Anticancer Drugs. 2011, V.22, P.949-962[106] Aravind A., Jeyamohan P., Nair R., Veeranarayanan S., Nagaoka Y., Yoshida Y., Maekawa T., Kumar D.S. // Biotechnology and Bioengineering 2012, V.109, P.2920-2931[107] Kang H., O’Donoghue M.B., Liu H., Tan W. // Chem. Commun. (Camb.) 2010, V.46, P.249-251[108] Chen C.H., Dellamaggiore K.R., Ouellette C.P., Sedano C.D., Lizadjohry M., Chernis G.A., Gonzales M., Baltasar F.E., Fan A.L., Myerowitz R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, V.105, P.15908-15913[109] Dombi T., Kwok K.K., Sultan M.B. // BMC Ophthalmol. 2012, V.12, P.37