мРНК-вакцина Pfizer против COVID возродила страсть к использованию рибонуклеиновой кислоты (РНК) в качестве терапевтической мишени.Однако нацеливание на РНК с помощью небольших молекул чрезвычайно сложно.

РНК состоит только из четырех строительных блоков: аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) и урацила (У), который заменяет тимин (Т), присутствующий в ДНК.Это делает лекарственную селективность почти непреодолимым препятствием.Напротив, существует 22 природные аминокислоты, из которых состоят белки, что объясняет, почему большинство препаратов, нацеленных на белок, обладают относительно хорошей селективностью.

Структура и функция РНК

Подобно белкам, молекулы РНК имеют вторичную и третичную структуры, как показано на рисунке ниже.Хотя они представляют собой одноцепочечные макромолекулы, их вторичная структура формируется, когда спаривание оснований вызывает выпуклости, петли и спирали.Затем трехмерная укладка приводит к третичной структуре РНК, которая необходима для ее стабильности и функционирования.

Рисунок 1. Структура РНК

Существует три типа РНК:

• Мессенджер РНК (мРНК)транскрибирует генетическую информацию с ДНК и переносит в виде базовой последовательности на рибосому;л
• Рибосомная РНК (рРНК)входит в состав белоксинтезирующих органелл, называемых рибосомами, которые экспортируются в цитоплазму и помогают переводить информацию в мРНК в белки;
• Транспортная РНК (тРНК)является связующим звеном между мРНК и аминокислотной цепью, из которой состоит белок.

Ориентация на РНК в качестве терапевтической мишени очень привлекательна.Было обнаружено, что только 1,5% нашего генома в конечном итоге транслируется в белок, а 70-90% транскрибируется в РНК.Молекулы РНК являются наиболее важными для всех живых организмов.Согласно «центральной догме» Фрэнсиса Крика, наиболее важной ролью РНК является перевод генетической информации из ДНК в белки.Кроме того, молекулы РНК выполняют и другие функции, в том числе:

• Действуя как адаптерные молекулы в синтезе белка;л
• Служит посредником между ДНК и рибосомой;л
• Они являются носителями генетической информации во всех живых клетках;л
• Содействие рибосомному отбору правильных аминокислот, что необходимо для синтеза новых белков.в естественных условиях.

Антибиотики

Несмотря на то, что они были обнаружены еще в 1940-х годах, механизм действия многих антибиотиков не был выяснен до конца 1980-х годов.Было обнаружено, что большая часть антибиотиков действует путем связывания с бактериальными рибосомами, чтобы предотвратить их образование соответствующих белков, тем самым убивая бактерии.

Например, аминогликозидные антибиотики связываются с А-сайтом 16S рРНК, который является частью субъединицы 30S рибосомы, и затем препятствуют синтезу белка, препятствуя росту бактерий, что в конечном итоге приводит к гибели клеток.А-сайт относится к аминоацильному сайту, также известному как акцепторный сайт тРНК.Подробное взаимодействие между аминогликозидными препаратами, такими какпаромомицин, и A-участоккишечная палочкаРНК показана ниже.

Рисунок 2. Взаимодействие между паромомицином и А-сайтомкишечная палочкаРНК

К сожалению, многие ингибиторы А-сайтов, в том числе аминогликозиды, имеют проблемы с безопасностью, такие как нефротоксичность, дозозависимость и специфическая необратимая ототоксичность.Эта токсичность является результатом недостаточной селективности аминогликозидных препаратов в отношении распознавания малых молекул РНК.

Как показано на рисунке ниже: (а) структура бактерий, (б) клеточная мембрана человека и (в) митохондриальный А-сайт человека очень похожи, поэтому ингибиторы А-сайта связываются со всеми из них.

Рисунок 3. Связывание неселективного ингибитора А-сайта

Антибиотики тетрациклинового ряда также ингибируют А-сайт рРНК.Они избирательно ингибируют синтез бактериального белка путем обратимого связывания со спиральной областью (H34) на 30S-субъединице в комплексе с Mg.²⁺.

С другой стороны, антибиотики-макролиды связываются вблизи места выхода (Е-сайта) туннеля бактериальной рибосомы для синтезируемых пептидов (NPET) и частично блокируют его, тем самым ингибируя синтез бактериального белка.Наконец, оксазолидиноновые антибиотики, такие каклинезолид(Zyvox) связываются с глубокой щелью в 50S субъединице рибосомы бактерий, которая окружена нуклеотидами 23S рРНК.

Антисмысловые олигонуклеотиды (АСО)

Антисмысловые препараты представляют собой химически модифицированные полимеры нуклеиновых кислот, нацеленные на РНК.Они полагаются на спаривание оснований Уотсона-Крика для связывания с мРНК-мишенью, что приводит к молчанию генов, стерической блокаде или изменению сплайсинга.АСО могут взаимодействовать с пре-РНК в клеточном ядре и со зрелыми мРНК в цитоплазме.Они могут нацеливаться на экзоны, интроны и нетранслируемые области (UTR).На сегодняшний день FDA одобрило более десятка препаратов АСО.

Рисунок 4. Антисмысловая технология

Низкомолекулярные препараты, нацеленные на РНК

В 2015 году Novartis сообщила, что они обнаружили регулятор сплайсинга SMN2 под названием Branaplam, который усиливает ассоциацию U1-пре-мРНК и спасает мышей со СМА.

С другой стороны, в 2020 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило препарат Рисдиплам (Еврисди) компании PTC/Roche для лечения СМА.Как и бранаплам, рисдиплам также работает, регулируя сплайсинг соответствующих генов SMN2 с образованием функциональных белков SMN.

Деградаторы РНК

RBM означает белок с мотивом связывания РНК.По сути, индолсульфонамид представляет собой молекулярный клей.Он избирательно привлекает RBM39 к убиквитинлигазе CRL4-DCAF15 E3, способствуя полиубиквитинированию RBM39 и деградации белка.Генетическое истощение или опосредованная сульфонамидами деградация RBM39 вызывает значительные аномалии сплайсинга по всему геному, что в конечном итоге приводит к гибели клеток.

РНК-PROTAC разработаны для деградации РНК-связывающих белков (RBP).PROTAC использует линкер для соединения лиганда лигазы E3 с лигандом РНК, который связывается с РНК и RBP.Поскольку RBP содержит структурные домены, которые могут связываться со специфическими последовательностями олигонуклеотидов, RNA-PROTAC использует последовательность олигонуклеотидов в качестве лиганда для интересующего белка (POI).Конечным результатом является деградация RBP.

Недавно профессор Мэтью Дисней из Океанографического института Скриппса изобрел РНК.химеры, нацеленные на рибонуклеазу (RiboTAC).RiboTAC представляет собой гетерофункциональную молекулу, которая соединяет лиганд РНКазы L и лиганд РНК с помощью линкера.Он может специфически привлекать эндогенную РНКазу L к конкретным мишеням РНК, а затем успешно устранять РНК, используя механизм разрушения клеточных нуклеиновых кислот (РНКаза L).

По мере того, как исследователи узнают больше о взаимодействии между малыми молекулами и РНК-мишенями, в будущем появится больше лекарств, использующих этот метод.