Pfizerovo mRNA cjepivo za COVID ponovno je zapalilo strast za korištenjem ribonukleinske kiseline (RNA) kao terapeutske mete.Međutim, ciljanje RNA s malim molekulama iznimno je izazovno.

RNK ima samo četiri građevna bloka: adenin (A), citozin (C), gvanin (G) i uracil (U) koji zamjenjuje timin (T) koji se nalazi u DNK.To čini selektivnost lijekova gotovo nepremostivom preprekom.Nasuprot tome, postoje 22 prirodne aminokiseline koje čine proteine, što objašnjava zašto većina lijekova koji ciljaju na proteine ​​ima relativno dobru selektivnost.

Građa i funkcija RNA

Poput proteina, molekule RNA imaju sekundarnu i tercijarnu strukturu, kao što je prikazano na donjoj slici.Iako su jednolančane makromolekule, njihova sekundarna struktura poprima oblik kada sparivanje baza uzrokuje izbočine, petlje i spirale.Zatim, trodimenzionalno savijanje dovodi do tercijarne strukture RNK, koja je neophodna za njenu stabilnost i funkciju.

Slika 1. Struktura RNA

Postoje tri vrste RNK:

• glasnička RNA (mRNA)prepisuje genetske informacije iz DNA i prenosi se kao bazni niz na ribosom;l
• Ribosomska RNA (rRNA)dio je organela koji sintetiziraju proteine ​​zvanih ribosomi, koji se izvoze u citoplazmu i pomažu prevesti informacije u mRNA u proteine;
• prijenosna RNA (tRNA)je veza između mRNA i lanca aminokiselina koji čini protein.

Ciljanje RNA kao terapeutske mete vrlo je privlačno.Utvrđeno je da se samo 1,5% našeg genoma u konačnici prevodi u protein, dok se 70%-90% transkribira u RNA.Za sve žive organizme najvažnije su molekule RNA.Prema “središnjoj dogmi” Francisa Cricka, najkritičnija uloga RNK je prevođenje genetske informacije iz DNK u proteine.Osim toga, RNA molekule imaju i druge funkcije, uključujući:

• Djeluju kao adapterske molekule u sintezi proteina;l
• Služi kao glasnik između DNK i ribosoma;l
• Oni su nositelji genetske informacije u svim živim stanicama;l
• Promicanje ribosomske selekcije točnih aminokiselina, koje su neophodne za sintezu novih proteinain vivo.

Antibiotici

Unatoč tome što su otkriveni još 1940-ih, mehanizam djelovanja mnogih antibiotika nije razjašnjen sve do kasnih 1980-ih.Utvrđeno je da veliki dio antibiotika djeluje tako da se veže za bakterijske ribosome kako bi ih spriječio u stvaranju odgovarajućih proteina, čime ubija bakterije.

Na primjer, aminoglikozidni antibiotici vežu se za A-mjesto 16S rRNA, koja je dio podjedinice 30S ribosoma, a zatim ometaju sintezu proteina kako bi ometali rast bakterija, što u konačnici dovodi do stanične smrti.A-mjesto se odnosi na aminoacilno mjesto, također poznato kao tRNA akceptorsko mjesto.Detaljna interakcija između aminoglikozidnih lijekova, kao što jeparomomicin, i A-mjesto odE coliRNA je prikazana ispod.

Slika 2. Interakcija između paromomicina i A-mjestaE coliRNA

Nažalost, mnogi inhibitori A-mjesta, uključujući aminoglikozidne lijekove, imaju sigurnosna pitanja kao što su nefrotoksičnost, ovisna o dozi i specifična ireverzibilna ototoksičnost.Ove toksičnosti su rezultat nedostatka selektivnosti aminoglikozidnih lijekova za prepoznavanje malih molekula RNA.

Kao što je prikazano na donjoj slici: (a) struktura bakterija, (b) membrana ljudske stanice i (c) ljudsko mitohondrijsko A-mjesto vrlo su slični, zbog čega se inhibitori A-mjesta vežu na sve njih.

Slika 3. Vezanje neselektivnog inhibitora A-mjesta

Tetraciklinski antibiotici također inhibiraju A-mjesto rRNA.Oni selektivno inhibiraju sintezu bakterijskih proteina reverzibilnim vezanjem na spiralnu regiju (H34) na 30S podjedinici u kompleksu s Mg²⁺.

S druge strane, makrolidni antibiotici vežu se u blizini izlaznog mjesta (E-mjesto) bakterijskog ribosomskog tunela za nascentne peptide (NPET) i djelomično ga blokiraju, čime inhibiraju sintezu bakterijskih proteina.Konačno, oksazolidinonski antibiotici kao nprlinezolid(Zyvox) vežu se za duboki rascjep u bakterijskoj 50S ribosomskoj podjedinici, koja je okružena 23S rRNA nukleotidima.

Antisens oligonukleotidi (ASO)

Antisens lijekovi su kemijski modificirani polimeri nukleinske kiseline koji ciljaju RNA.Oslanjaju se na Watson-Crickovo uparivanje baza da se vežu na ciljnu mRNA, što rezultira utišavanjem gena, steričkom blokadom ili promjenom spajanja.ASO mogu komunicirati s pre-RNA u staničnoj jezgri i zrelim mRNA u citoplazmi.Mogu ciljati egzone, introne i neprevedene regije (UTR).Do danas je FDA odobrila više od desetak ASO lijekova.

Slika 4. Antisense tehnologija

Lijekovi malih molekula koji ciljaju RNA

Godine 2015. Novartis je izvijestio da su otkrili regulator spajanja SMN2 nazvan Branaplam, koji pojačava povezanost U1-pre-mRNA i spašava SMA miševe.

S druge strane, PTC/Rocheov Risdiplam (Evrysdi) odobrila je FDA 2020. za liječenje SMA.Poput Branaplama, Risdiplam također djeluje reguliranjem spajanja relevantnih SMN2 gena za proizvodnju funkcionalnih SMN proteina.

razgradnici RNK

RBM je kratica za RNA-binding motiv protein.U biti, indol sulfonamid je molekularno ljepilo.On selektivno regrutira RBM39 na CRL4-DCAF15 E3 ubikvitin ligazu, promičući poliubikvitinaciju RBM39 i razgradnju proteina.Genetska deplecija ili degradacija RBM39 posredovana sulfonamidima izaziva značajne abnormalnosti spajanja genoma, što u konačnici dovodi do stanične smrti.

RNA-PROTACs su razvijeni za razgradnju RNA-vezujućih proteina (RBPs).PROTAC koristi linker za povezivanje liganda E3 ligaze s ligandom RNA, koji se veže na RNA i RBP.Budući da RBP sadrži strukturne domene koje se mogu vezati na specifične oligonukleotidne sekvence, RNA-PROTAC koristi oligonukleotidnu sekvencu kao ligand za protein od interesa (POI).Konačni rezultat je degradacija RBP-a.

Nedavno je profesor Matthew Disney s Oceanografskog instituta Scripps izumio RNAhimere koje ciljaju ribonukleazu (RiboTACs).RiboTAC je heterofunkcionalna molekula koja povezuje ligand RNaze L i ligand RNA pomoću linkera.Može specifično regrutirati endogenu RNazu L na specifične RNK mete, a zatim uspješno eliminirati RNK pomoću mehanizma razgradnje stanične nukleinske kiseline (RNaza L).

Kako istraživači budu učili više o interakciji između malih molekula i meta RNA, u budućnosti će se pojaviti više lijekova koji koriste ovu metodu.