mRNA vakcína společnosti Pfizer pro COVID znovu podnítila vášeň pro použití ribonukleové kyseliny (RNA) jako terapeutického cíle.Cílení RNA malými molekulami je však extrémně náročné.

RNA má pouze čtyři stavební bloky: adenin (A), cytosin (C), guanin (G) a uracil (U), který nahrazuje thymin (T) nalezený v DNA.To činí ze selektivity léčiv téměř nepřekonatelnou překážku.Naproti tomu existuje 22 přirozených aminokyselin, které tvoří proteiny, což vysvětluje, proč má většina léků cílených na proteiny relativně dobrou selektivitu.

Struktura a funkce RNA

Stejně jako proteiny mají molekuly RNA sekundární a terciární struktury, jak je znázorněno na obrázku níže.Ačkoli jsou to jednořetězcové makromolekuly, jejich sekundární struktura nabývá tvar, když párování bází způsobí vyboulení, smyčky a šroubovice.Potom trojrozměrné skládání vede k terciární struktuře RNA, která je nezbytná pro její stabilitu a funkci.

Obrázek 1. Struktura RNA

Existují tři typy RNA:

• Messenger RNA (mRNA)přepisuje genetickou informaci z DNA a přenáší se jako základní sekvence na ribozom;l
• Ribozomální RNA (rRNA)je součástí organel syntetizujících proteiny zvaných ribozomy, které jsou exportovány do cytoplazmy a pomáhají překládat informace v mRNA do proteinů;
• Transfer RNA (tRNA)je spojením mezi mRNA a řetězcem aminokyselin, který tvoří protein.

Cílení na RNA jako terapeutický cíl je velmi atraktivní.Bylo zjištěno, že pouze 1,5 % našeho genomu je nakonec přeloženo do proteinu, zatímco 70 % až 90 % je přepsáno do RNA.Molekuly RNA jsou nejdůležitější pro všechny živé organismy.Podle „centrálního dogmatu Francise Cricka“ je nejdůležitější úlohou RNA překládat genetickou informaci z DNA do proteinů.Kromě toho mají molekuly RNA také další funkce, včetně:

• Působí jako adaptorové molekuly při syntéze proteinů;l
• Slouží jako posel mezi DNA a ribozomem;l
• Jsou nositeli genetické informace ve všech živých buňkách;l
• Podpora ribozomální selekce správných aminokyselin, která je nezbytná pro syntézu nových proteinůin vivo.

Antibiotika

Navzdory tomu, že byl objeven již ve 40. letech 20. století, mechanismus účinku mnoha antibiotik byl objasněn až koncem 80. let.Zjistilo se, že velká část antibiotik působí tak, že se vážou na bakteriální ribozomy, aby jim zabránily vytvářet vhodné proteiny, a tím zabíjet bakterie.

Například aminoglykosidová antibiotika se vážou na A-místo 16S rRNA, která je součástí 30S ribozomové podjednotky, a pak interferují se syntézou proteinů, aby interferovaly s bakteriálním růstem, což nakonec vede k buněčné smrti.A-místo odkazuje na aminoacylové místo, také známé jako tRNA akceptorové místo.Podrobná interakce mezi aminoglykosidovými léky, jako je napřparomomycina stránky AE-coliRNA je uvedena níže.

Obrázek 2. Interakce mezi paromomycinem a A-místemE-coliRNA

Bohužel mnoho inhibitorů A-místa, včetně aminoglykosidových léků, má bezpečnostní problémy, jako je nefrotoxicita, závislost na dávce a specifická ireverzibilní ototoxicita.Tyto toxicity jsou výsledkem nedostatečné selektivity aminoglykosidových léků pro rozpoznávání malých molekul RNA.

Jak je znázorněno na obrázku níže: (a) struktura bakterií, (b) lidská buněčná membrána a (c) lidské mitochondriální A-místo jsou velmi podobné, takže inhibitory A-místa se vážou na všechny z nich.

Obrázek 3. Neselektivní vazba inhibitoru A-místa

Tetracyklinová antibiotika také inhibují A-místo rRNA.Selektivně inhibují syntézu bakteriálních proteinů reverzibilní vazbou na helikální oblast (H34) na podjednotce 30S v komplexu s Mg²⁺.

Na druhé straně se makrolidová antibiotika vážou v blízkosti výstupního místa (E-místo) bakteriálního ribozomového tunelu pro vznikající peptidy (NPET) a částečně jej blokují, čímž inhibují syntézu bakteriálních proteinů.Konečně oxazolidinonová antibiotika jako napřlinezolid(Zyvox) se váží na hlubokou štěrbinu v bakteriální ribozomální podjednotce 50S, která je obklopena nukleotidy 23S rRNA.

Antisense oligonukleotidy (ASO)

Antisense léky jsou chemicky modifikované polymery nukleových kyselin, které cílí na RNA.Spoléhají na Watson-Crickovo párování bází, aby se navázaly na cílovou mRNA, což má za následek umlčení genu, sterickou blokádu nebo změnu sestřihu.ASO mohou interagovat s pre-RNA v buněčném jádru a zralými mRNA v cytoplazmě.Mohou cílit na exony, introny a nepřeložené oblasti (UTR).K dnešnímu dni bylo FDA schváleno více než tucet léků ASO.

Obrázek 4. Technologie Antisense

Léky s malou molekulou zacílené na RNA

V roce 2015 Novartis oznámil, že objevil regulátor sestřihu SMN2 nazvaný Branaplam, který zvyšuje asociaci U1-pre-mRNA a zachraňuje myši SMA.

Na druhou stranu, PTC/Roche's Risdiplam (Evrysdi) byl schválen FDA v roce 2020 pro léčbu SMA.Stejně jako Branaplam, Risdiplam také působí tak, že reguluje sestřih relevantních genů SMN2 za účelem produkce funkčních proteinů SMN.

degradátory RNA

RBM je zkratka pro RNA-binding motiv protein.Indolsulfonamid je v podstatě molekulární lepidlo.Selektivně rekrutuje RBM39 do CRL4-DCAF15 E3 ubikvitin ligázy, čímž podporuje polyubikvitinaci RBM39 a degradaci proteinů.Genetická deplece nebo sulfonamidem zprostředkovaná degradace RBM39 indukuje významné abnormality sestřihu v celém genomu, což nakonec vede k buněčné smrti.

RNA-PROTAC jsou vyvinuty k degradaci RNA-binding proteins (RBP).PROTAC používá linker k připojení ligandu E3 ligázy k ligandu RNA, který se váže na RNA a RBP.Protože RBP obsahuje strukturní domény, které se mohou vázat na specifické oligonukleotidové sekvence, RNA-PROTAC používá oligonukleotidovou sekvenci jako ligand pro protein zájmu (POI).Konečným výsledkem je degradace RBP.

Nedávno profesor Matthew Disney ze Scripps Institution of Oceanography vynalezl RNAchiméry cílené na ribonukleázu (RiboTAC).RiboTAC je heterofunkční molekula, která spojuje ligand RNázy L a ligand RNA s linkerem.Může specificky získávat endogenní RNázu L ke specifickým cílům RNA a poté úspěšně eliminovat RNA pomocí mechanismu rozpadu buněčné nukleové kyseliny (RNáza L).

Jak se vědci dozvídají více o interakci mezi malými molekulami a cíli RNA, v budoucnu se objeví více léků využívajících tuto metodu.