МРНК ваксината на Pfizer за COVID отново разпали страстта към използването на рибонуклеинова киселина (РНК) като терапевтична цел.Насочването на РНК с малки молекули обаче е изключително предизвикателство.

РНК има само четири градивни елемента: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и урацил (U), който замества тимина (T), открит в ДНК.Това прави селективността на лекарствата почти непреодолима пречка.За разлика от това, има 22 естествени аминокиселини, които изграждат протеините, което обяснява защо повечето лекарства, насочени към протеини, имат относително добра селективност.

Структура и функция на РНК

Подобно на протеините, РНК молекулите имат вторична и третична структура, както е показано на фигурата по-долу.Въпреки че те са едноверижни макромолекули, тяхната вторична структура се оформя, когато сдвояването на основите причинява издутини, бримки и спирали.След това триизмерното сгъване води до третичната структура на РНК, която е от съществено значение за нейната стабилност и функция.

Фигура 1. Структура на РНК

Има три вида РНК:

• Пратеник РНК (иРНК)транскрибира генетична информация от ДНК и се прехвърля като базова последователност върху рибозомата;л
• Рибозомна РНК (рРНК)е част от органелите, синтезиращи протеини, наречени рибозоми, които се изнасят в цитоплазмата и помагат за преобразуването на информацията в иРНК в протеини;
• Трансферна РНК (тРНК)е връзката между иРНК и аминокиселинната верига, която изгражда протеина.

Насочването към РНК като терапевтична цел е много привлекателно.Установено е, че само 1,5% от нашия геном в крайна сметка се транслира в протеин, докато 70%-90% се транскрибира в РНК.РНК молекулите са най-важните за всички живи организми.Според „централната догма“ на Франсис Крик най-важната роля на РНК е да превежда генетична информация от ДНК в протеини.Освен това РНК молекулите имат и други функции, включително:

• Действа като адапторни молекули в протеиновия синтез;л
• Служи като посредник между ДНК и рибозомата;л
• Те са носители на генетична информация във всички живи клетки;л
• Насърчаване на рибозомната селекция на правилните аминокиселини, което е необходимо за синтезирането на нови протеиниin vivo.

антибиотици

Въпреки че са открити още през 40-те години на миналия век, механизмът на действие на много антибиотици не е изяснен до края на 80-те години.Установено е, че голяма част от антибиотиците действат, като се свързват с бактериалните рибозоми, за да им попречат да произвеждат подходящи протеини, като по този начин убиват бактериите.

Например, аминогликозидните антибиотици се свързват с А-мястото на 16S rRNA, което е част от 30S рибозомната субединица, и след това пречат на протеиновия синтез, за ​​да попречат на бактериалния растеж, което в крайна сметка води до клетъчна смърт.А-мястото се отнася до аминоацилното място, известно също като tRNA акцепторно място.Подробното взаимодействие между аминогликозидни лекарства, като напрпаромомицин, и A-местото наE. coliРНК е показана по-долу.

Фигура 2. Взаимодействието между паромомицин и А-мястото наE. coliРНК

За съжаление, много инхибитори на А-сайта, включително аминогликозидни лекарства, имат проблеми с безопасността като нефротоксичност, зависима от дозата и специфична необратима ототоксичност.Тези токсични ефекти са резултат от липсата на селективност в аминогликозидните лекарства за разпознаване на малки молекули на РНК.

Както е показано на фигурата по-долу: (а) структурата на бактериите, (б) човешката клетъчна мембрана и (в) човешкото митохондриално А-място са много сходни, което прави инхибиторите на А-мястото да се свързват с всички тях.

Фигура 3. Свързване на неселективен инхибитор на А-сайта

Тетрациклиновите антибиотици също инхибират А-мястото на рРНК.Те селективно инхибират синтеза на бактериален протеин чрез обратимо свързване към спираловидна област (H34) на 30S субединицата, комплексирана с Mg²⁺.

От друга страна, макролидните антибиотици се свързват близо до изходното място (E-място) на бактериалния рибозомен тунел за зараждащи се пептиди (NPET) и го блокират частично, като по този начин инхибират синтеза на бактериален протеин.И накрая, оксазолидинонови антибиотици като напрлинезолид(Zyvox) се свързват с дълбока цепнатина в бактериалната 50S рибозомна субединица, която е заобиколена от 23S rRNA нуклеотиди.

Антисенс олигонуклеотиди (ASO)

Антисенс лекарствата са химически модифицирани полимери на нуклеинова киселина, които са насочени към РНК.Те разчитат на базовото сдвояване на Watson-Crick, за да се свържат с таргетната иРНК, което води до заглушаване на гена, пространствена блокада или промяна на сплайсинга.ASO могат да взаимодействат с пре-РНК в клетъчното ядро ​​и зрели иРНК в цитоплазмата.Те могат да се насочват към екзони, интрони и нетранслирани региони (UTR).Към днешна дата повече от дузина ASO лекарства са одобрени от FDA.

Фигура 4. Антисенс технология

Малкомолекулни лекарства, насочени към РНК

През 2015 г. Novartis съобщи, че са открили SMN2 регулатор на сплайсинг, наречен Branaplam, който подобрява асоциирането на U1-pre-mRNA и спасява SMA мишки.

От друга страна, Risdiplam (Evrysdi) на PTC/Roche беше одобрен от FDA през 2020 г. за лечение на SMA.Подобно на Branaplam, Risdiplam също действа чрез регулиране на снаждането на съответните SMN2 гени за производство на функционални SMN протеини.

РНК деградатори

RBM означава RNA-свързващ мотив протеин.По същество индол сулфонамидът е молекулно лепило.Той селективно набира RBM39 към CRL4-DCAF15 E3 убиквитин лигаза, насърчавайки полиубиквитинирането на RBM39 и разграждането на протеина.Генетично изчерпване или медиирано от сулфонамид разграждане на RBM39 индуцира значителни аномалии на сплайсинга в целия геном, което в крайна сметка води до клетъчна смърт.

RNA-PROTACs са разработени за разграждане на RNA-свързващи протеини (RBPs).PROTAC използва линкер за свързване на Е3 лигазния лиганд с РНК лиганда, който се свързва с РНК и RBP.Тъй като RBP съдържа структурни домени, които могат да се свързват със специфични олигонуклеотидни последователности, RNA-PROTAC използва олигонуклеотидна последователност като лиганд за интересуващия ни протеин (POI).Крайният резултат е разграждането на RBP.

Наскоро професор Матю Дисни от Института по океанография Скрипс изобрети РНКхимери, насочени към рибонуклеаза (RiboTACs).RiboTAC е хетерофункционална молекула, която свързва RNase L лиганд и RNA лиганд с линкер.Той може специфично да набира ендогенна РНКаза L към специфични РНК мишени и след това успешно да елиминира РНК, използвайки механизма за разграждане на клетъчната нуклеинова киселина (РНКаза L).

Тъй като изследователите научават повече за взаимодействието между малки молекули и РНК мишени, в бъдеще ще се появят повече лекарства, използващи този метод.