mRNA vakcína spoločnosti Pfizer pre COVID znovu podnietila vášeň pre používanie ribonukleovej kyseliny (RNA) ako terapeutického cieľa.Zacielenie RNA s malými molekulami je však mimoriadne náročné.

RNA má iba štyri stavebné bloky: adenín (A), cytozín (C), guanín (G) a uracil (U), ktorý nahrádza tymín (T) nachádzajúci sa v DNA.To robí zo selektivity liekov takmer neprekonateľnú prekážku.Na rozdiel od toho existuje 22 prirodzených aminokyselín, ktoré tvoria proteíny, čo vysvetľuje, prečo väčšina liekov zameraných na proteíny má relatívne dobrú selektivitu.

Štruktúra a funkcia RNA

Podobne ako proteíny, molekuly RNA majú sekundárne a terciárne štruktúry, ako je znázornené na obrázku nižšie.Hoci sú to jednoreťazcové makromolekuly, ich sekundárna štruktúra nadobudne tvar, keď párovanie báz spôsobuje vydutia, slučky a špirály.Potom trojrozmerné skladanie vedie k terciárnej štruktúre RNA, ktorá je nevyhnutná pre jej stabilitu a funkciu.

Obrázok 1. Štruktúra RNA

Existujú tri typy RNA:

• Messenger RNA (mRNA)prepisuje genetickú informáciu z DNA a prenáša sa ako sekvencia báz na ribozóm;l
• Ribozomálna RNA (rRNA)je súčasťou organel syntetizujúcich proteíny nazývaných ribozómy, ktoré sa exportujú do cytoplazmy a pomáhajú prekladať informácie v mRNA do proteínov;
• Transfer RNA (tRNA)je spojenie medzi mRNA a aminokyselinovým reťazcom, ktorý tvorí proteín.

Zacielenie na RNA ako terapeutický cieľ je veľmi atraktívne.Zistilo sa, že iba 1,5 % nášho genómu sa nakoniec preloží do proteínu, zatiaľ čo 70 % až 90 % sa prepíše do RNA.Molekuly RNA sú najdôležitejšie pre všetky živé organizmy.Podľa „centrálnej dogmy Francisa Cricka“ je najdôležitejšou úlohou RNA preložiť genetickú informáciu z DNA do proteínov.Okrem toho majú molekuly RNA aj ďalšie funkcie, vrátane:

• Pôsobí ako adaptorové molekuly pri syntéze proteínov;l
• Slúži ako posol medzi DNA a ribozómom;l
• Sú nositeľmi genetickej informácie vo všetkých živých bunkách;l
• Podpora ribozomálnej selekcie správnych aminokyselín, ktorá je potrebná na syntézu nových bielkovínin vivo.

Antibiotiká

Napriek tomu, že boli objavené už v 40. rokoch 20. storočia, mechanizmus účinku mnohých antibiotík bol objasnený až koncom 80. rokov 20. storočia.Zistilo sa, že veľká časť antibiotík pôsobí tak, že sa naviaže na bakteriálne ribozómy, aby im zabránila vytvárať vhodné proteíny, a tým zabíjať baktérie.

Napríklad aminoglykozidové antibiotiká sa viažu na A-miesto 16S rRNA, ktoré je súčasťou 30S ribozómovej podjednotky, a potom interferujú so syntézou proteínov, aby interferovali s bakteriálnym rastom, čo v konečnom dôsledku vedie k bunkovej smrti.A-miesto označuje aminoacylové miesto, tiež známe ako akceptorové miesto tRNA.Podrobná interakcia medzi aminoglykozidovými liečivami, ako naprparomomycína stránka AE. coliRNA je uvedená nižšie.

Obrázok 2. Interakcia medzi paromomycínom a A-miestomE. coliRNA

Bohužiaľ, mnoho inhibítorov A-miesta, vrátane aminoglykozidových liekov, má bezpečnostné problémy, ako je nefrotoxicita, závislosť od dávky a špecifická ireverzibilná ototoxicita.Tieto toxicity sú výsledkom nedostatočnej selektivity aminoglykozidových liekov na rozpoznávanie malých molekúl RNA.

Ako je znázornené na obrázku nižšie: (a) štruktúra baktérií, (b) membrána ľudskej bunky a (c) ľudské mitochondriálne miesto A sú veľmi podobné, vďaka čomu sa inhibítory miesta A viažu na všetky z nich.

Obrázok 3. Neselektívna väzba inhibítora A miesta

Tetracyklínové antibiotiká tiež inhibujú A-miesto rRNA.Selektívne inhibujú syntézu bakteriálnych proteínov reverzibilnou väzbou na špirálovitú oblasť (H34) na podjednotke 30S v komplexe s Mg²⁺.

Na druhej strane sa makrolidové antibiotiká viažu blízko miesta výstupu (E-miesto) bakteriálneho ribozómového tunela pre vznikajúce peptidy (NPET) a čiastočne ho blokujú, čím inhibujú syntézu bakteriálnych proteínov.Nakoniec oxazolidinónové antibiotiká ako naprlinezolid(Zyvox) sa viažu na hlbokú štrbinu v bakteriálnej 50S ribozomálnej podjednotke, ktorá je obklopená 23S rRNA nukleotidmi.

Antisense oligonukleotidy (ASO)

Antisense lieky sú chemicky modifikované polyméry nukleových kyselín, ktoré sa zameriavajú na RNA.Pri väzbe na cieľovú mRNA sa spoliehajú na párovanie báz Watson-Crick, čo má za následok umlčanie génov, stérickú blokádu alebo zmenu zostrihu.ASO môžu interagovať s pre-RNA v bunkovom jadre a zrelými mRNA v cytoplazme.Môžu sa zamerať na exóny, intróny a nepreložené oblasti (UTR).K dnešnému dňu FDA schválil viac ako tucet liekov ASO.

Obrázok 4. Technológia Antisense

Lieky s malými molekulami zacielené na RNA

V roku 2015 Novartis oznámil, že objavil regulátor zostrihu SMN2 s názvom Branaplam, ktorý zvyšuje asociáciu U1-pre-mRNA a zachraňuje myši SMA.

Na druhej strane, PTC/Roche's Risdiplam (Evrysdi) bol schválený FDA v roku 2020 na liečbu SMA.Rovnako ako Branaplam, aj Risdiplam funguje reguláciou zostrihu relevantných génov SMN2 na produkciu funkčných proteínov SMN.

degradátory RNA

RBM znamená proteín s motívom viažucim RNA.Indolsulfónamid je v podstate molekulárne lepidlo.Selektívne prijíma RBM39 do CRL4-DCAF15 E3 ubikvitín ligázy, čím podporuje polyubikvitináciu RBM39 a degradáciu proteínov.Genetická deplécia alebo sulfónamidom sprostredkovaná degradácia RBM39 indukuje významné abnormality zostrihu v celom genóme, čo v konečnom dôsledku vedie k bunkovej smrti.

RNA-PROTAC sú vyvinuté na degradáciu proteínov viažucich RNA (RBP).PROTAC používa linker na spojenie ligandu E3 ligázy s ligandom RNA, ktorý sa viaže na RNA a RBP.Pretože RBP obsahuje štrukturálne domény, ktoré sa môžu viazať na špecifické oligonukleotidové sekvencie, RNA-PROTAC používa oligonukleotidovú sekvenciu ako ligand pre požadovaný proteín (POI).Konečným výsledkom je degradácia RBP.

Nedávno profesor Matthew Disney zo Scripps Institution of Oceanography vynašiel RNAchiméry zacielené na ribonukleázu (RiboTAC).RiboTAC je heterofunkčná molekula, ktorá spája ligand RNázy L a ligand RNA s linkerom.Môže špecificky získavať endogénnu RNázu L na špecifické ciele RNA a potom úspešne eliminovať RNA pomocou mechanizmu rozpadu bunkovej nukleovej kyseliny (RNáza L).

Keď sa výskumníci dozvedia viac o interakcii medzi malými molekulami a cieľmi RNA, v budúcnosti sa objaví viac liekov využívajúcich túto metódu.