Pfizerjevo cepivo mRNA za COVID je ponovno vzbudilo strast do uporabe ribonukleinske kisline (RNA) kot terapevtske tarče.Vendar pa je ciljanje RNA z majhnimi molekulami izjemno zahtevno.

RNK ima samo štiri gradnike: adenin (A), citozin (C), gvanin (G) in uracil (U), ki nadomešča timin (T), ki ga najdemo v DNK.Zaradi tega je selektivnost zdravil skoraj nepremostljiva ovira.V nasprotju s tem obstaja 22 naravnih aminokislin, ki sestavljajo beljakovine, kar pojasnjuje, zakaj ima večina zdravil, ki ciljajo na beljakovine, relativno dobro selektivnost.

Zgradba in funkcija RNA

Tako kot beljakovine imajo tudi molekule RNA sekundarno in terciarno strukturo, kot je prikazano na spodnji sliki.Čeprav so enoverižne makromolekule, se njihova sekundarna struktura oblikuje, ko združevanje baz povzroči izbokline, zanke in vijačnice.Nato tridimenzionalno zvijanje vodi do terciarne strukture RNA, ki je bistvena za njeno stabilnost in delovanje.

Slika 1. Struktura RNA

Obstajajo tri vrste RNA:

• Messenger RNA (mRNA)prepisuje genetske informacije iz DNK in se kot bazno zaporedje prenese na ribosom;l
• Ribosomska RNA (rRNA)je del organelov, ki sintetizirajo beljakovine, imenovanih ribosomi, ki se izvažajo v citoplazmo in pomagajo prevajati informacije v mRNA v beljakovine;
• Prenosna RNA (tRNA)je povezava med mRNA in aminokislinsko verigo, ki sestavlja beljakovino.

Usmerjanje RNA kot terapevtske tarče je zelo privlačno.Ugotovljeno je bilo, da se le 1,5 % našega genoma končno prevede v beljakovine, medtem ko se 70 %–90 % prepiše v RNK.Molekule RNA so najpomembnejše za vse žive organizme.Glede na »osrednjo dogmo« Francisa Cricka je najpomembnejša vloga RNK prevajanje genetskih informacij iz DNK v beljakovine.Poleg tega imajo molekule RNA tudi druge funkcije, vključno z:

• Delujejo kot adapterske molekule pri sintezi beljakovin;l
• Služi kot posrednik med DNK in ribosomom;l
• So nosilci genetske informacije v vseh živih celicah;l
• Spodbujanje ribosomske selekcije pravilnih aminokislin, ki so potrebne za sintezo novih beljakovinin vivo.

Antibiotiki

Kljub temu, da so bili odkriti že v 40. letih 20. stoletja, mehanizem delovanja številnih antibiotikov ni bil pojasnjen vse do poznih 80. let prejšnjega stoletja.Ugotovljeno je bilo, da velik delež antibiotikov deluje tako, da se vežejo na bakterijske ribosome in preprečijo, da bi tvorile ustrezne beljakovine, in tako ubijejo bakterije.

Na primer, aminoglikozidni antibiotiki se vežejo na A-mesto 16S rRNA, ki je del ribosomske podenote 30S, in nato motijo ​​sintezo beljakovin, da motijo ​​rast bakterij, kar na koncu povzroči celično smrt.A-mesto se nanaša na aminoacilno mesto, znano tudi kot akceptorsko mesto tRNA.Podrobna interakcija med aminoglikozidnimi zdravili, kot je nprparomomicin, in mesto AE. coliRNA je prikazana spodaj.

Slika 2. Interakcija med paromomicinom in mestom AE. coliRNA

Na žalost imajo številni zaviralci A-mesta, vključno z aminoglikozidnimi zdravili, varnostne težave, kot so nefrotoksičnost, odvisna od odmerka in specifična ireverzibilna ototoksičnost.Te toksičnosti so posledica pomanjkanja selektivnosti aminoglikozidnih zdravil za prepoznavanje majhnih molekul RNA.

Kot je prikazano na spodnji sliki: (a) struktura bakterij, (b) človeška celična membrana in (c) človeško mitohondrijsko mesto A so si zelo podobni, zaradi česar se inhibitorji mesta A vežejo na vse.

Slika 3. Neselektivna vezava zaviralca mesta A

Tetraciklinski antibiotiki zavirajo tudi A-mesto rRNA.Selektivno zavirajo sintezo bakterijskih beljakovin tako, da se reverzibilno vežejo na vijačno regijo (H34) na podenoti 30S, kompleksirano z Mg²⁺.

Po drugi strani pa se makrolidni antibiotiki vežejo blizu izstopnega mesta (E-mesto) bakterijskega ribosomskega tunela za nastajajoče peptide (NPET) in ga delno blokirajo ter tako zavirajo sintezo bakterijskih beljakovin.Končno, oksazolidinonski antibiotiki, kot je nprlinezolid(Zyvox) se vežejo na globoko špranjo v bakterijski ribosomski podenoti 50S, ki je obdana z nukleotidi 23S rRNA.

Protismiselni oligonukleotidi (ASO)

Protismiselna zdravila so kemično modificirani polimeri nukleinske kisline, ki ciljajo na RNA.Zanašajo se na združevanje baz Watson-Crick, da se vežejo na ciljno mRNA, kar povzroči utišanje genov, sterično blokado ali spremembo spajanja.ASO lahko medsebojno delujejo s pre-RNA v celičnem jedru in zrelimi mRNA v citoplazmi.Lahko ciljajo na eksone, introne in neprevedene regije (UTR).Do danes je FDA odobrila več kot ducat zdravil ASO.

Slika 4. Antisense tehnologija

Zdravila z majhnimi molekulami, ki ciljajo na RNA

Leta 2015 je Novartis poročal, da so odkrili regulator spajanja SMN2, imenovan Branaplam, ki krepi povezavo U1-pre-mRNA in rešuje miši SMA.

Po drugi strani pa je FDA leta 2020 odobrila zdravilo PTC/Roche Risdiplam (Evrysdi) za zdravljenje SMA.Tako kot Branaplam tudi Risdiplam deluje tako, da uravnava spajanje ustreznih genov SMN2 za proizvodnjo funkcionalnih proteinov SMN.

razgradniki RNA

RBM pomeni beljakovino motiva vezave RNA.V bistvu je indol sulfonamid molekularno lepilo.Selektivno rekrutira RBM39 v ubikvitin ligazo CRL4-DCAF15 E3, kar spodbuja poliubikvitinacijo RBM39 in razgradnjo beljakovin.Genetska deplecija ali razgradnja RBM39, posredovana s sulfonamidi, povzroči pomembne nenormalnosti spajanja v celotnem genomu, kar na koncu vodi do celične smrti.

RNA-PROTACs so razviti za razgradnjo proteinov, ki vežejo RNA (RBP).PROTAC uporablja linker za povezavo liganda E3 ligaze z ligandom RNA, ki se veže na RNA in RBP.Ker RBP vsebuje strukturne domene, ki se lahko vežejo na specifične oligonukleotidne sekvence, RNA-PROTAC uporablja oligonukleotidno sekvenco kot ligand za zanimiv protein (POI).Končni rezultat je razgradnja RBP.

Pred kratkim je profesor Matthew Disney z inštituta za oceanografijo Scripps izumil RNAhimere, ki ciljajo na ribonukleazo (RiboTACs).RiboTAC je heterofunkcionalna molekula, ki povezuje ligand RNaze L in ligand RNA s povezovalnikom.Lahko specifično rekrutira endogeno RNazo L na specifične tarče RNK in nato uspešno odstrani RNK z uporabo mehanizma razgradnje celične nukleinske kisline (RNaza L).

Ko bodo raziskovalci izvedeli več o interakciji med majhnimi molekulami in tarčami RNA, se bo v prihodnosti pojavilo več zdravil, ki uporabljajo to metodo.