Significant progress has been made in the advancement of RNAi therapeutics by combining a synthetic triantennary N-acetylgalactosamine ligand targeting the asialoglycoprotein receptor with chemically modified small interfering RNA (siRNA) designs, including the recently described Enhanced Stabilization Chemistry. This strategy has demonstrated robust RNAi-mediated gene silencing in liver after subcutaneous administration across species, including human. Here we demonstrate that substantial efficacy improvements can be achieved through further refinement of siRNA chemistry, optimizing the positioning of 2′-deoxy-2′-fluoro and 2′-O-methyl ribosugar modifications across both strands of the double-stranded siRNA duplex to enhance stability without compromising intrinsic RNAi activity. To achieve this, we employed an iterative screening approach across multiple siRNAs to arrive at advanced designs with low 2′-deoxy-2′-fluoro content that yield significantly improved potency and duration in preclinical species, including non-human primate. Liver exposure data indicate that the improvement in potency is predominantly due to increased metabolic stability of the siRNA conjugates. Significant progress has been made in the advancement of RNAi therapeutics by combining a synthetic triantennary N-acetylgalactosamine ligand targeting the asialoglycoprotein receptor with chemically modified small interfering RNA (siRNA) designs, including the recently described Enhanced Stabilization Chemistry. This strategy has demonstrated robust RNAi-mediated gene silencing in liver after subcutaneous administration across species, including human. Here we demonstrate that substantial efficacy improvements can be achieved through further refinement of siRNA chemistry, optimizing the positioning of 2′-deoxy-2′-fluoro and 2′-O-methyl ribosugar modifications across both strands of the double-stranded siRNA duplex to enhance stability without compromising intrinsic RNAi activity. To achieve this, we employed an iterative screening approach across multiple siRNAs to arrive at advanced designs with low 2′-deoxy-2′-fluoro content that yield significantly improved potency and duration in preclinical species, including non-human primate. Liver exposure data indicate that the improvement in potency is predominantly due to increased metabolic stability of the siRNA conjugates.

Abstract RNA interference is a natural antiviral mechanism that could be harnessed to combat SARS-CoV-2 infection by targeting and destroying the viral genome. We screened lipophilic small-interfering RNA (siRNA) conjugates targeting highly conserved regions of the SARS-CoV-2 genome and identified leads targeting outside of the spike-encoding region capable of achieving ≥3-log viral reduction. Serial passaging studies demonstrated that a two-siRNA combination prevented development of resistance compared to a single-siRNA approach. A two-siRNA combination delivered intranasally protected Syrian hamsters from weight loss and lung pathology by viral infection upon prophylactic administration but not following onset of infection. Together, the data support potential utility of RNAi as a prophylactic approach to limit SARS-CoV-2 infection that may help combat emergent variants, complement existing interventions, or protect populations where vaccines are less effective. Most importantly, this strategy has implications for developing medicines that may be valuable in protecting against future coronavirus pandemics.

RNA interference is a natural antiviral mechanism that could be harnessed to combat SARS-CoV-2 infection by targeting and destroying the viral RNA. We identified potent lipophilic small interfering RNA (siRNA) conjugates targeting highly conserved regions of SARS-CoV-2 outside of the spike-encoding region capable of achieving ≥3-log viral reduction. Serial passaging studies demonstrated that a two-siRNA combination prevented development of resistance compared to a single siRNA approach. Viral resistance to single siRNA treatment occurred due to emergence of point mutations at critical positions required for siRNA-mediated target binding and cleavage, which led to a loss of siRNA efficacy. With a two-siRNA combination, emergence of mutations within the siRNA binding site was abolished. When delivered intranasally, two-siRNA combination protected Syrian hamsters from weight loss and lung pathology by viral infection upon prophylactic administration but not following onset of infection. Together, the data support potential utility of RNAi as a prophylactic approach with high resistance barrier to counteract SARS-CoV-2 emergent variants and complement vaccination. Most importantly, given that the siRNAs can be rapidly developed from a new pathogen sequence, this strategy has implications as a new type of preventive medicine that may protect against future coronavirus pandemics.