Pfizerin COVID-mRNA-rokote on herättänyt uudelleen intohimon käyttää ribonukleiinihappoa (RNA) terapeuttisena kohteena.RNA:n kohdistaminen pienillä molekyyleillä on kuitenkin erittäin haastavaa.

RNA:lla on vain neljä rakennuspalikoita: adeniini (A), sytosiini (C), guaniini (G) ja urasiili (U), joka korvaa DNA:ssa olevan tymiinin (T).Tämä tekee lääkeselektiivisyydestä lähes ylitsepääsemättömän esteen.Sitä vastoin proteiinit muodostavat 22 luonnollista aminohappoa, mikä selittää sen, miksi useimmat proteiiniin kohdistetut lääkkeet ovat suhteellisen hyviä.

RNA:n rakenne ja toiminta

Kuten proteiineissa, RNA-molekyylillä on sekundaariset ja tertiaariset rakenteet, kuten alla olevasta kuvasta ilmenee.Vaikka ne ovat yksiketjuisia makromolekyylejä, niiden toissijainen rakenne muodostuu, kun emäspariutuminen aiheuttaa pullistumia, silmukoita ja heliksejä.Sitten kolmiulotteinen laskostuminen johtaa RNA:n tertiääriseen rakenteeseen, joka on välttämätöntä sen stabiiliudelle ja toiminnalle.

Kuva 1. RNA:n rakenne

RNA:ta on kolme tyyppiä:

• Lähetti-RNA (mRNA)transkriptoi geneettistä tietoa DNA:sta ja siirretään emässekvenssinä ribosomiin;l
• Ribosomaalinen RNA (rRNA)on osa proteiineja syntetisoivia organelleja, joita kutsutaan ribosomeiksi, jotka viedään sytoplasmaan ja auttavat muuttamaan mRNA:ssa olevaa tietoa proteiineihin;
• Siirto-RNA (tRNA)on linkki mRNA:n ja proteiinin muodostavan aminohappoketjun välillä.

RNA:n kohdistaminen terapeuttisena kohteena on erittäin houkuttelevaa.On havaittu, että vain 1,5 % genomistamme transloituu lopulta proteiiniksi, kun taas 70-90 % transkriptoituu RNA:ksi.RNA-molekyylit ovat tärkeimpiä kaikille eläville organismeille.Francis Crickin ”keskeisen dogman” mukaan RNA:n kriittisin rooli on muuttaa geneettistä tietoa DNA:sta proteiineihin.Lisäksi RNA-molekyylillä on myös muita toimintoja, mukaan lukien:

• Toimivat adapterimolekyyleina proteiinisynteesissä;l
• Toimii sanansaattajana DNA:n ja ribosomin välillä;l
• Ne ovat geneettisen tiedon kantajia kaikissa elävissä soluissa;l
• Edistää oikeiden aminohappojen ribosomaalista valintaa, mikä on välttämätöntä uusien proteiinien syntetisoimiseksiin vivo.

Antibiootit

Huolimatta siitä, että monet antibiootit löydettiin jo 1940-luvulla, niiden vaikutusmekanismi selvitettiin vasta 1980-luvun lopulla.On havaittu, että suuri osa antibiooteista sitoutuu bakteerien ribosomeihin estääkseen niitä tuottamasta sopivia proteiineja, mikä tappaa bakteerit.

Esimerkiksi aminoglykosidiantibiootit sitoutuvat 16S-rRNA:n A-kohtaan, joka on osa 30S-ribosomin alayksikköä, ja sitten häiritsevät proteiinisynteesiä häiritäkseen bakteerien kasvua, mikä lopulta johtaa solukuolemaan.A-kohta viittaa aminoasyylikohtaan, joka tunnetaan myös tRNA:n vastaanottajakohtana.Yksityiskohtainen vuorovaikutus aminoglykosidilääkkeiden välillä, kutenparomomysiini, ja A-sivustoE. coliRNA on esitetty alla.

Kuva 2. Paromomysiinin ja A-kohdan välinen vuorovaikutusE. coliRNA

Valitettavasti monilla A-kohdan estäjillä, mukaan lukien aminoglykosidilääkkeet, on turvallisuusongelmia, kuten nefrotoksisuus, annoksesta riippuvainen ja spesifinen palautumaton ototoksisuus.Nämä toksisuudet ovat seurausta aminoglykosidilääkkeiden selektiivisyyden puutteesta RNA:n pienten molekyylien tunnistamisessa.

Kuten alla olevasta kuvasta näkyy: (a) bakteerien rakenne, (b) ihmisen solukalvo ja (c) ihmisen mitokondrion A-kohta ovat hyvin samankaltaisia, joten A-kohdan estäjät sitoutuvat niihin kaikkiin.

Kuva 3. Ei-selektiivinen A-kohdan inhibiittorisitoutuminen

Tetrasykliiniantibiootit estävät myös rRNA:n A-kohtaa.Ne estävät selektiivisesti bakteeriproteiinisynteesiä sitoutumalla reversiibelisti kierteiseen alueeseen (H34) 30S-alayksikössä, joka on kompleksoitu Mg:n kanssa²⁺.

Toisaalta makrolidiantibiootit sitoutuvat lähellä syntyvän peptidien (NPET) bakteeriribosomitunnelin poistumiskohtaa (E-kohta) ja estävät sen osittain ja estävät siten bakteeriproteiinisynteesiä.Lopuksi oksatsolidinoniantibiootit, kutenlinetsolidi(Zyvox) sitoutuu syvään rakoon bakteerin 50S ribosomaalisessa alayksikössä, jota ympäröivät 23S rRNA-nukleotidit.

Antisense-oligonukleotidit (ASO)

Antisense-lääkkeet ovat kemiallisesti modifioituja nukleiinihappopolymeerejä, jotka kohdistuvat RNA:han.Ne luottavat Watson-Crick-emäspariutukseen sitoutuakseen kohde-mRNA:han, mikä johtaa geenin vaimentamiseen, steeriseen salpaukseen tai silmukoinnin muutokseen.ASO:t voivat olla vuorovaikutuksessa pre-RNA:iden kanssa solutumassa ja kypsien mRNA:iden kanssa sytoplasmassa.Ne voivat kohdistaa eksonit, intronit ja kääntämättömät alueet (UTR).Tähän mennessä yli tusina ASO-lääkettä on hyväksynyt FDA.

Kuva 4. Antisense-tekniikka

Pienimolekyyliset lääkkeet, jotka kohdistuvat RNA:han

Vuonna 2015 Novartis kertoi löytäneensä Branaplam-nimisen SMN2-silmukointisäätimen, joka parantaa U1-pre-mRNA:n assosiaatiota ja pelastaa SMA-hiiriä.

Toisaalta FDA hyväksyi PTC/Rochen Risdiplamin (Evrysdi) vuonna 2020 SMA:n hoitoon.Kuten Branaplam, Risdiplam toimii myös säätelemällä relevanttien SMN2-geenien silmukointia toiminnallisten SMN-proteiinien tuottamiseksi.

RNA:n hajottajat

RBM tarkoittaa RNA:ta sitovaa motiiviproteiinia.Pohjimmiltaan indolisulfonamidi on molekyyliliima.Se värvää selektiivisesti RBM39:n CRL4-DCAF15 E3 ubikitiiniligaasiin edistäen RBM39:n polyubiquitinaatiota ja proteiinien hajoamista.RBM39:n geneettinen ehtyminen tai sulfonamidivälitteinen hajoaminen indusoi merkittäviä genomin laajuisia silmukointipoikkeavuuksia, mikä lopulta johtaa solukuolemaan.

RNA-PROTACit on kehitetty hajottamaan RNA:ta sitovia proteiineja (RBP).PROTAC käyttää linkkeriä yhdistämään E3-ligaasiligandin RNA-ligandiin, joka sitoutuu RNA:han ja RBP:ihin.Koska RBP sisältää rakenteellisia domeeneja, jotka voivat sitoutua spesifisiin oligonukleotidisekvensseihin, RNA-PROTAC käyttää oligonukleotidisekvenssiä kiinnostavan proteiinin (POI) ligandina.Lopputulos on RBP:n hajoaminen.

Äskettäin professori Matthew Disney Scripps Institution of Oceanographysta keksi RNA:nribonukleaasiin kohdistuvat kimeerat (RiboTAC).RiboTAC on heterofunktionaalinen molekyyli, joka yhdistää RNaasi L-ligandin ja RNA-ligandin linkkerillä.Se voi spesifisesti värvätä endogeenisen RNaasi L:n spesifisiin RNA-kohteisiin ja sitten eliminoida onnistuneesti RNA:n käyttämällä solun nukleiinihappojen hajoamismekanismia (RNaasi L).

Kun tutkijat oppivat lisää pienten molekyylien ja RNA-kohteiden välisestä vuorovaikutuksesta, tätä menetelmää käyttäviä lääkkeitä tulee tulevaisuudessa lisää.