Pfizer mRNR vakcina nuo COVID vėl įžiebė aistrą naudoti ribonukleino rūgštį (RNR) kaip terapinį taikinį.Tačiau nukreipti RNR mažomis molekulėmis yra labai sudėtinga.

RNR sudaro tik keturi statybiniai blokai: adeninas (A), citozinas (C), guaninas (G) ir uracilas (U), kuris pakeičia DNR randamą timiną (T).Dėl to vaistų selektyvumas yra beveik neįveikiama kliūtis.Priešingai, yra 22 natūralios aminorūgštys, kurios sudaro baltymus, o tai paaiškina, kodėl dauguma į baltymus nukreiptų vaistų turi gana gerą selektyvumą.

RNR struktūra ir funkcija

Kaip ir baltymai, RNR molekulės turi antrinę ir tretinę struktūrą, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.Nors tai yra vienos grandinės makromolekulės, jų antrinė struktūra susiformuoja, kai bazių poravimas sukelia iškilimus, kilpas ir sraigtas.Tada trimatis lankstymas veda į tretinę RNR struktūrą, kuri yra būtina jos stabilumui ir funkcionavimui.

1 pav. RNR struktūra

Yra trys RNR tipai:

• Messenger RNR (mRNR)transkribuoja genetinę informaciją iš DNR ir kaip bazinė seka perkeliama į ribosomą;l
• Ribosominė RNR (rRNR)yra baltymus sintezuojančių organelių, vadinamų ribosomomis, dalis, kurios eksportuojamos į citoplazmą ir padeda iRNR informaciją paversti baltymais;
• Perneškite RNR (tRNR)yra ryšys tarp mRNR ir aminorūgščių grandinės, sudarančios baltymą.

Nukreipimas į RNR kaip terapinį taikinį yra labai patrauklus.Nustatyta, kad tik 1,5% mūsų genomo galiausiai paverčiama baltymu, o 70% -90% yra transkribuojama į RNR.RNR molekulės yra svarbiausios visiems gyviems organizmams.Pagal Franciso Cricko „centrinę dogmą“, svarbiausias RNR vaidmuo yra genetinę informaciją iš DNR paversti baltymais.Be to, RNR molekulės taip pat atlieka kitas funkcijas, įskaitant:

• Veikia kaip adaptacinės molekulės baltymų sintezėje;l
• Tarnauja kaip pasiuntinys tarp DNR ir ribosomos;l
• Jie yra genetinės informacijos nešėjai visose gyvose ląstelėse;l
• Skatinti tinkamų aminorūgščių ribosomų atranką, reikalingą naujų baltymų sintezeiin vivo.

Antibiotikai

Nepaisant to, kad daugelio antibiotikų veikimo mechanizmas buvo atrastas dar 1940-aisiais, jų veikimo mechanizmas buvo išaiškintas tik devintojo dešimtmečio pabaigoje.Nustatyta, kad didelė dalis antibiotikų veikia prisijungdami prie bakterijų ribosomų, neleidžiant joms gaminti reikiamų baltymų ir taip naikinti bakterijas.

Pavyzdžiui, aminoglikozidiniai antibiotikai jungiasi prie 16S rRNR A vietos, kuri yra 30S ribosomų subvieneto dalis, ir tada trukdo baltymų sintezei, trukdydami bakterijų augimui, galiausiai sukeldami ląstelių mirtį.A vieta reiškia aminoacilo vietą, taip pat žinomą kaip tRNR akceptoriaus vieta.Išsami sąveika tarp aminoglikozidų vaistų, pvzparomomicinas, ir A svetainėE. coliRNR parodyta žemiau.

2 pav. Sąveika tarp paromomicino ir A vietosE. coliRNR

Deja, daugelis A vietos inhibitorių, įskaitant aminoglikozidų vaistus, turi saugumo problemų, tokių kaip nefrotoksiškumas, priklausomas nuo dozės ir specifinis negrįžtamas ototoksiškumas.Toks toksiškumas atsiranda dėl to, kad aminoglikozidiniai vaistai nėra atpažįstami mažoms RNR molekulėms.

Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau: (a) bakterijų struktūra, (b) žmogaus ląstelės membrana ir (c) žmogaus mitochondrijų A vieta yra labai panašios, todėl A vietos inhibitoriai jungiasi prie jų visų.

3 pav. Neselektyvus A vietos inhibitorių surišimas

Tetraciklino antibiotikai taip pat slopina rRNR A vietą.Jie selektyviai slopina bakterijų baltymų sintezę, grįžtamai prisijungdami prie spiralinės srities (H34) 30S subvieneto komplekse su Mg²⁺.

Kita vertus, makrolidų grupės antibiotikai jungiasi šalia atsirandančių peptidų (NPET) bakterijų ribosomų tunelio išėjimo vietos (E-saitos) ir iš dalies jį blokuoja, taip slopindami bakterijų baltymų sintezę.Galiausiai, oksazolidinono antibiotikai, tokie kaiplinezolidas(Zyvox) jungiasi prie gilaus plyšio bakterijų 50S ribosomų subvienete, kurį supa 23S rRNR nukleotidai.

Antisensiniai oligonukleotidai (ASO)

Antisensiniai vaistai yra chemiškai modifikuoti nukleorūgščių polimerai, nukreipti į RNR.Jie remiasi Watson-Crick bazių poravimu, kad prisijungtų prie tikslinės mRNR, todėl genų nutildymas, sterinė blokada arba sujungimo pokyčiai.ASO gali sąveikauti su pre-RNR ląstelės branduolyje ir subrendusiomis mRNR citoplazmoje.Jie gali nukreipti į egzonus, intronus ir neišverstus regionus (UTR).Iki šiol daugiau nei tuziną ASO vaistų patvirtino FDA.

4 pav. Antisense technologija

Mažos molekulės vaistai, nukreipti į RNR

2015 m. Novartis pranešė, kad atrado SMN2 sujungimo reguliatorių Branaplam, kuris sustiprina U1-pre-mRNR ryšį ir gelbsti SMA peles.

Kita vertus, PTC / Roche Risdiplam (Evrysdi) buvo patvirtintas FDA 2020 m. SMA gydymui.Kaip ir Branaplam, Risdiplam taip pat veikia reguliuodamas atitinkamų SMN2 genų susijungimą, kad būtų gaminami funkciniai SMN baltymai.

RNR degradatoriai

RBM reiškia RNR surišančio motyvo baltymą.Iš esmės indolo sulfonamidas yra molekuliniai klijai.Jis selektyviai įdarbina RBM39 į CRL4-DCAF15 E3 ubikvitino ligazę, skatindamas RBM39 poliubikvitinaciją ir baltymų skaidymą.Genetinis išeikvojimas arba sulfonamidų sukeltas RBM39 skilimas sukelia reikšmingus genomo susiliejimo sutrikimus, galiausiai sukeliančius ląstelių mirtį.

RNR-PROTAC yra sukurti siekiant skaidyti RNR surišančius baltymus (RBP).PROTAC naudoja linkerį, kad sujungtų E3 ligazės ligandą su RNR ligandu, kuris jungiasi su RNR ir RBP.Kadangi RBP yra struktūrinių domenų, galinčių prisijungti prie specifinių oligonukleotidų sekų, RNR-PROTAC naudoja oligonukleotidų seką kaip dominančio baltymo (POI) ligandą.Galutinis rezultatas yra RBP degradacija.

Neseniai Scripps okeanografijos instituto profesorius Matthew Disney išrado RNRį ribonukleazę nukreiptos chimeros (RiboTAC).RiboTAC yra heterofunkcinė molekulė, jungianti RNazės L ligandą ir RNR ligandą su linkeriu.Jis gali specialiai įdarbinti endogeninę RNazę L į specifinius RNR taikinius ir sėkmingai pašalinti RNR, naudodamas ląstelių nukleorūgščių skaidymo mechanizmą (RNazė L).

Mokslininkams daugiau sužinojus apie mažų molekulių ir RNR taikinių sąveiką, ateityje atsiras daugiau šį metodą naudojančių vaistų.