Pfizerova mRNA vakcina protiv COVID-a ponovo je rasplamsala strast za korištenjem ribonukleinske kiseline (RNA) kao terapijske mete.Međutim, ciljanje RNK malim molekulima je izuzetno izazovno.

RNK ima samo četiri građevna bloka: adenin (A), citozin (C), gvanin (G) i uracil (U) koji zamjenjuje timin (T) koji se nalazi u DNK.To čini selektivnost lijekova gotovo nepremostivom preprekom.Nasuprot tome, postoje 22 prirodne aminokiseline koje čine proteine, što objašnjava zašto većina lijekova koji ciljaju proteine ​​imaju relativno dobru selektivnost.

Struktura i funkcija RNK

Kao i proteini, molekule RNK imaju sekundarne i tercijarne strukture, kao što je prikazano na slici ispod.Iako su jednolančane makromolekule, njihova sekundarna struktura se oblikuje kada uparivanje baza uzrokuje izbočine, petlje i spirale.Zatim, trodimenzionalno savijanje dovodi do tercijarne strukture RNK, koja je neophodna za njenu stabilnost i funkciju.

Slika 1. Struktura RNK

Postoje tri tipa RNK:

• Messenger RNA (mRNA)transkribuje genetske informacije iz DNK i prenosi se kao bazna sekvenca na ribozom;l
• ribosomalna RNA (rRNA)dio je organela koje sintetiziraju proteine ​​zvanih ribosomi, koji se izvoze u citoplazmu i pomažu u prevođenju informacija u mRNA u proteine;
• Transfer RNA (tRNA)je veza između mRNA i lanca aminokiselina koji čini protein.

Ciljanje RNK kao terapeutske mete je vrlo atraktivno.Utvrđeno je da se samo 1,5% našeg genoma na kraju prevodi u protein, dok se 70%-90% transkribuje u RNK.Molekuli RNK su najvažniji za sve žive organizme.Prema "centralnoj dogmi" Francisa Cricka, najkritičnija uloga RNK je da prevede genetske informacije iz DNK u proteine.Osim toga, molekule RNK imaju i druge funkcije, uključujući:

• Djeluje kao adapter molekula u sintezi proteina;l
• Služi kao glasnik između DNK i ribozoma;l
• Oni su nosioci genetskih informacija u svim živim ćelijama;l
• Promoviranje ribosomske selekcije ispravnih aminokiselina, koje su neophodne za sintezu novih proteinain vivo.

Antibiotici

Iako je otkriven još 1940-ih, mehanizam djelovanja mnogih antibiotika nije razjašnjen sve do kasnih 1980-ih.Utvrđeno je da veliki dio antibiotika djeluje tako što se veže za ribozome bakterija kako bi spriječio njihovo stvaranje odgovarajućih proteina, ubijajući tako bakterije.

Na primjer, aminoglikozidni antibiotici se vezuju za A-mjesto 16S rRNA, koje je dio podjedinice 30S ribosoma, a zatim ometaju sintezu proteina kako bi ometali rast bakterija, što na kraju dovodi do smrti stanice.A-mjesto se odnosi na aminoacilno mjesto, poznato i kao akceptorsko mjesto tRNA.Detaljna interakcija između aminoglikozidnih lijekova, kao nprparomomicin, i A-stranicaE. coliRNA je prikazana ispod.

Slika 2. Interakcija između paromomicina i A-mestaE. coliRNA

Nažalost, mnogi inhibitori A-mjesta, uključujući aminoglikozidne lijekove, imaju sigurnosne probleme kao što su nefrotoksičnost, ovisna o dozi i specifična ireverzibilna ototoksičnost.Ove toksičnosti su rezultat nedostatka selektivnosti u aminoglikozidnim lijekovima za prepoznavanje malih molekula RNK.

Kao što je prikazano na donjoj slici: (a) struktura bakterije, (b) membrana ljudske ćelije i (c) ljudsko mitohondrijalno A-mjesto su vrlo slične, zbog čega se inhibitori A-mjesta vezuju za sve njih.

Slika 3. Vezivanje inhibitora neselektivnog A-mesta

Tetraciklinski antibiotici također inhibiraju A-mjesto rRNA.Oni selektivno inhibiraju sintezu bakterijskih proteina reverzibilnim vezivanjem za spiralni region (H34) na podjedinici 30S u kompleksu sa Mg²⁺.

S druge strane, makrolidni antibiotici se vežu u blizini izlaznog mjesta (E-mjesta) bakterijskog ribosomskog tunela za nastajuće peptide (NPET) i djelomično ga blokiraju, čime inhibiraju sintezu bakterijskih proteina.Konačno, oksazolidinonski antibiotici kao nprlinezolid(Zyvox) se vežu za duboku pukotinu u bakterijskoj 50S ribosomalnoj podjedinici, koja je okružena 23S rRNA nukleotidima.

Antisens oligonukleotidi (ASO)

Antisens lijekovi su kemijski modificirani polimeri nukleinskih kiselina koji ciljaju RNK.Oni se oslanjaju na Watson-Crick uparivanje baza da se vežu za ciljnu mRNA, što rezultira utišavanjem gena, steričnom blokadom ili izmjenom spajanja.ASO mogu stupiti u interakciju s pre-RNA u ćelijskom jezgru i zrelim mRNA u citoplazmi.Mogu ciljati egzone, introne i neprevedene regije (UTR).Do danas je FDA odobrila više od desetak ASO lijekova.

Slika 4. Antisense tehnologija

Lijekovi malih molekula koji ciljaju RNK

Godine 2015. Novartis je izvijestio da su otkrili regulator spajanja SMN2 nazvan Branaplam, koji poboljšava povezanost U1-pre-mRNA i spašava SMA miševe.

S druge strane, PTC/Rocheov Risdiplam (Evrysdi) je odobrila FDA 2020. za liječenje SMA.Kao i Branaplam, Risdiplam također djeluje tako što reguliše spajanje relevantnih SMN2 gena za proizvodnju funkcionalnih SMN proteina.

RNA degraderi

RBM je skraćenica za protein motiva koji se vezuje za RNA.U suštini, indol sulfonamid je molekularni adheziv.On selektivno regrutuje RBM39 u CRL4-DCAF15 E3 ubikvitin ligazu, promovišući RBM39 poliubikvitinaciju i razgradnju proteina.Genetsko iscrpljivanje ili degradacija RBM39 posredovana sulfonamidom izaziva značajne abnormalnosti spajanja u cijelom genomu, što na kraju dovodi do smrti stanice.

RNA-PROTAC-i su razvijeni za razgradnju proteina koji se vezuju za RNA (RBP).PROTAC koristi linker za povezivanje liganda E3 ligaze sa RNA ligandom, koji se vezuje za RNA i RBP.Pošto RBP sadrži strukturne domene koji se mogu vezati za specifične oligonukleotidne sekvence, RNA-PROTAC koristi oligonukleotidnu sekvencu kao ligand za protein od interesa (POI).Konačni rezultat je degradacija RBP-a.

Nedavno je profesor Matthew Disney sa Scripps Institution of Oceanography izumio RNKhimere koje ciljaju ribonukleazu (RiboTAC).RiboTAC je heterofunkcionalna molekula koja povezuje RNase L ligand i RNA ligand sa linkerom.Može specifično regrutovati endogenu RNKazu L na specifične RNA mete, a zatim uspješno eliminirati RNK koristeći mehanizam razgradnje stanične nukleinske kiseline (RNase L).

Kako istraživači saznaju više o interakciji između malih molekula i RNK meta, u budućnosti će se pojaviti više lijekova koji koriste ovu metodu.