Pfizers mRNA-vaksine for COVID har vekket lidenskapen for å bruke ribonukleinsyre (RNA) som et terapeutisk mål.Målretting mot RNA med små molekyler er imidlertid ekstremt utfordrende.

RNA har bare fire byggesteiner: adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og uracil (U) som erstatter tymin (T) som finnes i DNA.Dette gjør medikamentselektivitet til en nesten uoverkommelig hindring.Derimot er det 22 naturlige aminosyrer som utgjør proteiner, noe som forklarer hvorfor de fleste proteinmålrettede legemidler har relativt god selektivitet.

Struktur og funksjon av RNA

I likhet med proteiner har RNA-molekyler sekundære og tertiære strukturer, som vist i figuren nedenfor.Selv om de er enkeltkjedede makromolekyler, tar deres sekundære struktur form når baseparing forårsaker buler, løkker og helixer.Deretter fører tredimensjonal folding til den tertiære strukturen til RNA, som er avgjørende for dets stabilitet og funksjon.

Figur 1. Struktur av RNA

Det er tre typer RNA:

• Messenger RNA (mRNA)transkriberer genetisk informasjon fra DNA og overføres som en basesekvens til ribosomet;l
• Ribosomalt RNA (rRNA)er en del av de proteinsyntetiserende organellene kalt ribosomer, som eksporteres til cytoplasmaet og hjelper til med å oversette informasjon i mRNA til proteiner;
• Overfør RNA (tRNA)er koblingen mellom mRNA og aminosyrekjeden som utgjør proteinet.

Å målrette RNA som et terapeutisk mål er veldig attraktivt.Det har blitt funnet at bare 1,5% av genomet vårt til slutt blir oversatt til protein, mens 70%-90% blir transkribert til RNA.RNA-molekyler er de viktigste for alle levende organismer.I følge Francis Cricks "sentrale dogme" er den mest kritiske rollen til RNA å oversette genetisk informasjon fra DNA til proteiner.Dessuten har RNA-molekyler også andre funksjoner, inkludert:

• Fungerer som adaptermolekyler i proteinsyntese;l
• Tjener som en budbringer mellom DNA og ribosomet;l
• De er bærere av genetisk informasjon i alle levende celler;l
• Fremme ribosomalt utvalg av de riktige aminosyrene, som er nødvendig for å syntetisere nye proteinerin vivo.

Antibiotika

Til tross for at de ble oppdaget så tidlig som på 1940-tallet, ble virkningsmekanismen til mange antibiotika ikke belyst før på slutten av 1980-tallet.Det er funnet at en stor andel av antibiotika virker ved å binde seg til bakterielle ribosomer for å hindre dem i å lage passende proteiner, og dermed drepe bakteriene.

For eksempel binder aminoglykosidantibiotika seg til A-stedet til 16S rRNA, som er en del av 30S ribosomunderenheten, og forstyrrer deretter proteinsyntesen for å forstyrre bakterievekst, noe som til slutt fører til celledød.A-stedet refererer til aminoacylstedet, også kjent som tRNA-akseptorstedet.Den detaljerte interaksjonen mellom aminoglykosidmedisiner, som f.eksparomomycin, og A-siden tilE coliRNA er vist nedenfor.

Figur 2. Interaksjonen mellom paromomycin og A-stedet tilE coliRNA

Dessverre har mange A-sted-hemmere, inkludert aminoglykosidmedisiner, sikkerhetsproblemer som nefrotoksisitet, doseavhengig og spesifikk irreversibel ototoksisitet.Disse toksisitetene er et resultat av mangel på selektivitet i aminoglykosidmedisiner for å gjenkjenne RNA små molekyler.

Som vist i figuren nedenfor: (a) strukturen til bakteriene, (b) den menneskelige cellemembranen, og (c) den menneskelige mitokondrielle A-stedet er svært like, noe som gjør at A-sete-hemmere binder seg til dem alle.

Figur 3. Den ikke-selektive A-stedhemmerbindingen

Tetracyklinantibiotika hemmer også A-stedet til rRNA.De hemmer selektivt bakteriell proteinsyntese ved reversibelt å binde seg til en spiralformet region (H34) på ​​30S-underenheten kompleksbundet med Mg²⁺.

På den annen side binder makrolidantibiotika seg nær utgangsstedet (E-stedet) til den bakterielle ribosomtunnelen for begynnende peptider (NPET) og blokkerer den delvis, og hemmer derved bakteriell proteinsyntese.Til slutt, oksazolidinon-antibiotika som f.ekslinezolid(Zyvox) binder seg til en dyp kløft i den bakterielle 50S ribosomale underenheten, som er omgitt av 23S rRNA-nukleotider.

Antisense oligonukleotider (ASO)

Antisense-medikamentene er kjemisk modifiserte nukleinsyrepolymerer som retter seg mot RNA.De er avhengige av Watson-Crick-baseparing for å binde seg til mål-mRNA, noe som resulterer i gendemping, sterisk blokade eller spleisendring.ASO-er kan samhandle med pre-RNA-er i cellekjernen og modne mRNA-er i cytoplasmaet.De kan målrette mot eksoner, introner og uoversatte regioner (UTR).Til dags dato har mer enn et dusin ASO-medisiner blitt godkjent av FDA.

Figur 4. Antisense-teknologi

Legemidler med små molekyler rettet mot RNA

I 2015 rapporterte Novartis at de hadde oppdaget en SMN2-skjøteregulator kalt Branaplam, som forbedrer assosiasjonen av U1-pre-mRNA og redder SMA-mus.

På den annen side ble PTC/Roches Risdiplam (Evrysdi) godkjent av FDA i 2020 for behandling av SMA.I likhet med Branaplam fungerer Risdiplam også ved å regulere spleisingen av relevante SMN2-gener for å produsere funksjonelle SMN-proteiner.

RNA-nedbrytere

RBM står for RNA-bindende motivprotein.I hovedsak er indolsulfonamid et molekylært lim.Den rekrutterer selektivt RBM39 til CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin-ligase, og fremmer RBM39-polyubiquitinering og proteinnedbrytning.Genetisk uttømming eller sulfonamidmediert nedbrytning av RBM39 induserer betydelige genomomfattende spleiseabnormiteter, som til slutt fører til celledød.

RNA-PROTAC-er er utviklet for å bryte ned RNA-bindende proteiner (RBP).PROTAC bruker en linker for å koble E3-ligase-liganden til RNA-liganden, som binder seg til RNA og RBP.Siden RBP inneholder strukturelle domener som kan binde seg til spesifikke oligonukleotidsekvenser, bruker RNA-PROTAC en oligonukleotidsekvens som en ligand for proteinet av interesse (POI).Det endelige resultatet er degradering av RBP.

Nylig oppfant professor Matthew Disney ved Scripps Institution of Oceanography RNAribonuklease-målrettede kimærer (RiboTACs).RiboTAC er et heterofunksjonelt molekyl som forbinder en RNase L-ligand og en RNA-ligand med en linker.Den kan spesifikt rekruttere endogen RNase L til spesifikke RNA-mål, og deretter vellykket eliminere RNA ved å bruke den cellulære nukleinsyrenedbrytningsmekanismen (RNase L).

Etter hvert som forskere lærer mer om samspillet mellom små molekyler og RNA-mål, vil flere medisiner som bruker denne metoden dukke opp i fremtiden.