Pfizers mRNA-vaccine mod COVID har genoplivet passionen for at bruge ribonukleinsyre (RNA) som et terapeutisk mål.Men at målrette RNA med små molekyler er ekstremt udfordrende.

RNA har kun fire byggesten: adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og uracil (U), som erstatter thymin (T), der findes i DNA.Dette gør lægemiddelselektivitet til en næsten uoverstigelig hindring.I modsætning hertil er der 22 naturlige aminosyrer, som udgør proteiner, hvilket forklarer, hvorfor de fleste proteinmålrettede lægemidler har relativt god selektivitet.

Struktur og funktion af RNA

Ligesom proteiner har RNA-molekyler sekundære og tertiære strukturer, som vist i figuren nedenfor.Selvom de er enkeltkædede makromolekyler, tager deres sekundære struktur form, når baseparring forårsager buler, sløjfer og helixer.Derefter fører tredimensionel foldning til den tertiære struktur af RNA, som er afgørende for dets stabilitet og funktion.

Figur 1. Struktur af RNA

Der er tre typer RNA:

• Messenger RNA (mRNA)transkriberer genetisk information fra DNA og overføres som en basesekvens til ribosomet;l
• Ribosomalt RNA (rRNA)er en del af de proteinsyntetiserende organeller kaldet ribosomer, som eksporteres til cytoplasmaet og hjælper med at omsætte information i mRNA til proteiner;
• Overfør RNA (tRNA)er bindeleddet mellem mRNA og aminosyrekæden, der udgør proteinet.

At målrette RNA som et terapeutisk mål er meget attraktivt.Det har vist sig, at kun 1,5% af vores genom i sidste ende bliver oversat til protein, mens 70%-90% transskriberes til RNA.RNA-molekyler er de vigtigste for alle levende organismer.Ifølge Francis Cricks "centrale dogme" er RNA's mest kritiske rolle at oversætte genetisk information fra DNA til proteiner.Desuden har RNA-molekyler også andre funktioner, herunder:

• Fungerer som adaptermolekyler i proteinsyntese;l
• Tjener som en budbringer mellem DNA og ribosomet;l
• De er bærere af genetisk information i alle levende celler;l
• Fremme ribosomal udvælgelse af de korrekte aminosyrer, som er nødvendig for at syntetisere nye proteinerin vivo.

Antibiotika

På trods af at de blev opdaget så tidligt som i 1940'erne, blev virkningsmekanismen for mange antibiotika først belyst i slutningen af ​​1980'erne.Det har vist sig, at en stor del af antibiotika virker ved at binde sig til bakterielle ribosomer for at forhindre dem i at lave passende proteiner og derved dræbe bakterierne.

For eksempel binder aminoglykosidantibiotika til A-stedet af 16S rRNA, som er en del af 30S ribosomunderenheden, og interfererer derefter med proteinsyntesen for at forstyrre bakterievækst, hvilket i sidste ende fører til celledød.A-stedet refererer til aminoacylstedet, også kendt som tRNA-acceptorstedet.Den detaljerede interaktion mellem aminoglykosidlægemidler, som f.eksparomomycin, og A-stedet forE coliRNA er vist nedenfor.

Figur 2. Interaktionen mellem paromomycin og A-stedet afE coliRNA

Desværre har mange A-sted-hæmmere, herunder aminoglycosid-lægemidler, sikkerhedsproblemer såsom nefrotoksicitet, dosisafhængig og specifik irreversibel ototoksicitet.Disse toksiciteter er resultatet af en mangel på selektivitet i aminoglykosidlægemidler til genkendelse af RNA små molekyler.

Som vist i figuren nedenfor: (a) strukturen af ​​bakterierne, (b) den menneskelige cellemembran og (c) den humane mitokondrielle A-sted er meget ens, hvilket får A-site-hæmmere til at binde til dem alle.

Figur 3. Den ikke-selektive A-site inhibitorbinding

Tetracyclin-antibiotika hæmmer også A-stedet af rRNA.De hæmmer selektivt bakteriel proteinsyntese ved reversibelt at binde til en spiralformet region (H34) på ​​30S-underenheden kompleksbundet med Mg²⁺.

På den anden side binder makrolidantibiotika sig nær udgangsstedet (E-stedet) af den bakterielle ribosomtunnel for begyndende peptider (NPET) og blokerer det delvist og hæmmer derved bakteriel proteinsyntese.Endelig kan oxazolidinon-antibiotika som f.ekslinezolid(Zyvox) binder til en dyb kløft i den bakterielle 50S ribosomale underenhed, som er omgivet af 23S rRNA nukleotider.

Antisense oligonukleotider (ASO)

Antisense-lægemidlerne er kemisk modificerede nukleinsyrepolymerer, der målretter mod RNA.De er afhængige af Watson-Crick-baseparring for at binde til mål-mRNA, hvilket resulterer i gendæmpning, sterisk blokade eller splejsningsændring.ASO'er kan interagere med præ-RNA'er i cellekernen og modne mRNA'er i cytoplasmaet.De kan målrette mod exoner, introner og uoversatte regioner (UTR'er).Til dato er mere end et dusin ASO-lægemidler blevet godkendt af FDA.

Figur 4. Antisense-teknologi

Lægemidler med små molekyler rettet mod RNA

I 2015 rapporterede Novartis, at de havde opdaget en SMN2-splejsningsregulator kaldet Branaplam, som forbedrer tilknytningen af ​​U1-præ-mRNA og redder SMA-mus.

På den anden side blev PTC/Roches Risdiplam (Evrysdi) godkendt af FDA i 2020 til behandling af SMA.Ligesom Branaplam virker Risdiplam også ved at regulere splejsningen af ​​relevante SMN2-gener for at producere funktionelle SMN-proteiner.

RNA-nedbrydere

RBM står for RNA-bindende motivprotein.I det væsentlige er indolsulfonamid et molekylært klæbemiddel.Den rekrutterer selektivt RBM39 til CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin-ligasen, hvilket fremmer RBM39-polyubiquitinering og proteinnedbrydning.Genetisk udtømning eller sulfonamid-medieret nedbrydning af RBM39 inducerer betydelige genomomfattende splejsningsabnormiteter, hvilket i sidste ende fører til celledød.

RNA-PROTAC'er er udviklet til at nedbryde RNA-bindende proteiner (RBP'er).PROTAC bruger en linker til at forbinde E3-ligase-liganden til RNA-liganden, som binder til RNA og RBP'er.Da RBP indeholder strukturelle domæner, der kan binde til specifikke oligonukleotidsekvenser, bruger RNA-PROTAC en oligonukleotidsekvens som en ligand for proteinet af interesse (POI).Det endelige resultat er nedbrydningen af ​​RBP'er.

For nylig opfandt professor Matthew Disney fra Scripps Institution of Oceanography RNA'etribonuklease-målrettede kimærer (RiboTAC'er).RiboTAC er et heterofunktionelt molekyle, der forbinder en RNase L-ligand og en RNA-ligand med en linker.Det kan specifikt rekruttere endogen RNase L til specifikke RNA-mål og derefter med succes eliminere RNA ved hjælp af den cellulære nukleinsyrenedbrydningsmekanisme (RNase L).

Efterhånden som forskere lærer mere om samspillet mellem små molekyler og RNA-mål, vil flere lægemidler, der bruger denne metode, dukke op i fremtiden.