MRNA вакцината за КОВИД на Pfizer повторно ја разгоре страста за користење на рибонуклеинска киселина (РНК) како терапевтска цел.Сепак, таргетирањето на РНК со мали молекули е исклучително предизвик.

РНК има само четири градежни блокови: аденин (А), цитозин (C), гванин (G) и урацил (U) кој го заменува тиминот (Т) кој се наоѓа во ДНК.Ова ја прави селективноста на лекови речиси непремостлива пречка.Спротивно на тоа, постојат 22 природни амино киселини кои ги сочинуваат протеините, што објаснува зошто повеќето лекови насочени кон протеини имаат релативно добра селективност.

Структура и функција на РНК

Како и протеините, молекулите на РНК имаат секундарни и терциерни структури, како што е прикажано на сликата подолу.Иако тие се макромолекули со еден синџир, нивната секундарна структура се обликува кога спарувањето на базите предизвикува испакнатини, јамки и спирали.Потоа, тродимензионалното превиткување води до терцијарната структура на РНК, што е од суштинско значење за нејзината стабилност и функција.

Слика 1. Структура на РНК

Постојат три типа на РНК:

• Гласничка РНК (mRNA)транскрибира генетски информации од ДНК и се пренесува како базна секвенца на рибозомот;л
• Рибозомална РНК (rRNA)е дел од органелите кои синтетизираат протеини наречени рибозоми, кои се извезуваат во цитоплазмата и помагаат да се преведат информациите во mRNA во протеини;
• Трансферна РНК (тРНК)е врската помеѓу mRNA и аминокиселинскиот синџир што го сочинува протеинот.

Таргетирањето на РНК како терапевтска цел е многу привлечно.Откриено е дека само 1,5% од нашиот геном на крајот се преведува во протеини, додека 70%-90% се транскрибира во РНК.Молекулите на РНК се најважни за сите живи организми.Според „централната догма“ на Френсис Крик, најкритичната улога на РНК е да ги преведе генетските информации од ДНК во протеини.Покрај тоа, молекулите на РНК имаат и други функции, вклучувајќи:

• Дејствуваат како адаптерски молекули во синтезата на протеините;л
• Служи како гласник помеѓу ДНК и рибозомот;л
• Тие се носители на генетски информации во сите живи клетки;л
• Промовирање на рибозомски избор на правилни амино киселини, кои се неопходни за синтеза на нови протеиниin vivo.

Антибиотици

И покрај тоа што беше откриен уште во 1940-тите, механизмот на дејство на многу антибиотици не беше разјаснет до крајот на 1980-тите.Откриено е дека голем дел од антибиотиците делуваат така што се врзуваат за бактериските рибозоми за да ги спречат да создаваат соодветни протеини, а со тоа ги убиваат бактериите.

На пример, аминогликозидните антибиотици се врзуваат за А-локацијата на 16S rRNA, која е дел од подединицата на рибозомот 30S, а потоа се мешаат во синтезата на протеините за да го попречат растот на бактериите, што на крајот доведува до клеточна смрт.А-локацијата се однесува на аминоацилното место, познато и како место на акцептор на tRNA.Деталната интеракција помеѓу аминогликозидните лекови, како на прпаромомицин, и А-страницата наЕшерихија колиРНК е прикажана подолу.

Слика 2. Интеракцијата помеѓу паромомицин и А-локацијата наЕшерихија колиРНК

За жал, многу инхибитори на А-локацијата, вклучително и аминогликозидните лекови, имаат безбедносни проблеми како што се нефротоксичност, зависна од дозата и специфична неповратна ототоксичност.Овие токсичности се резултат на недостаток на селективност кај аминогликозидните лекови за препознавање на малите молекули на РНК.

Како што е прикажано на сликата подолу: (а) структурата на бактериите, (б) човечката клеточна мембрана и (в) човечкото митохондријално А-локација се многу слични, поради што инхибиторите на А-локацијата се врзуваат за сите нив.

Слика 3. Неселективно врзување на инхибиторот на А-локацијата

Тетрациклинските антибиотици исто така ја инхибираат А-локацијата на rRNA.Тие селективно ја инхибираат синтезата на бактериски протеини со реверзибилно врзување за спирален регион (H34) на подединицата 30S комплексна со Mg²⁺.

Од друга страна, макролидните антибиотици се врзуваат во близина на излезното место (Е-место) од тунелот на бактерискиот рибозом за зародиш пептиди (NPET) и делумно го блокираат, а со тоа ја инхибираат синтезата на бактериските протеини.Конечно, оксазолидинон антибиотици како што селинезолид(Zyvox) се врзуваат за длабока пукнатина во бактериската рибозомална подединица 50S, која е опкружена со 23S rRNA нуклеотиди.

Антисенс олигонуклеотиди (ASO)

Антисензните лекови се хемиски модифицирани полимери на нуклеинска киселина кои ја таргетираат РНК.Тие се потпираат на спарувањето на базите Вотсон-Крик за да се врзат за целната mRNA, што резултира со замолчување на гените, стерична блокада или промена на спојувањето.АСО можат да комуницираат со пред-РНК во клеточното јадро и зрели мРНК во цитоплазмата.Тие можат да таргетираат егзони, интрони и непреведени региони (UTRs).До денес, повеќе од десетина ASO лекови се одобрени од FDA.

Слика 4. Антисенс технологија

Лекови со мали молекули насочени кон РНК

Во 2015 година, Novartis објави дека откриле регулатор за спојување SMN2 наречен Branaplam, кој ја подобрува поврзаноста на U1-pre-mRNA и ги спасува глувците SMA.

Од друга страна, PTC/Roche's Risdiplam (Evrysdi) беше одобрен од FDA во 2020 година за третман на SMA.Како Branaplam, Risdiplam исто така работи со регулирање на спојувањето на релевантните SMN2 гени за производство на функционални SMN протеини.

РНК деградатори

RBM е кратенка за мотив протеин за врзување на РНК.Во суштина, индол сулфонамид е молекуларно лепило.Селективно го регрутира RBM39 во CRL4-DCAF15 E3 убиквитин лигаза, промовирајќи полиубиквитинација на RBM39 и деградација на протеините.Генетското осиромашување или деградацијата на RBM39 со посредство на сулфонамид индуцира значителни абнормалности на спојување на целиот геном, што на крајот доведува до клеточна смрт.

РНК-ПРОТАК се развиени за да ги разградуваат РНК-врзувачките протеини (РБП).PROTAC користи поврзувач за поврзување на лигандот Е3 лигаза со РНК лигандот, кој се врзува за РНК и РБП.Бидејќи RBP содржи структурни домени кои можат да се врзат за специфични олигонуклеотидни секвенци, RNA-PROTAC користи олигонуклеотидна секвенца како лиганд за протеинот од интерес (POI).Конечниот резултат е деградација на RBPs.

Неодамна, професорот Метју Дизни од Институтот за океанографија Скрипс ја измислил РНКХимери кои таргетираат рибонуклеаза (RiboTACs).RiboTAC е хетерофункционална молекула која поврзува RNase L лиганд и RNA лиганд со поврзувач.Може конкретно да регрутира ендогена RNase L на специфични цели на RNA, а потоа успешно да ја елиминира RNA користејќи го механизмот за разградување на клеточната нуклеинска киселина (RNase L).

Како што истражувачите дознаваат повеќе за интеракцијата помеѓу малите молекули и целите на РНК, во иднина ќе се појават повеќе лекови кои го користат овој метод.