Pfizeri mRNA vaktsiin COVID-i jaoks on taaselutanud kire kasutada ribonukleiinhapet (RNA) terapeutilise sihtmärgina.RNA sihtimine väikeste molekulidega on aga äärmiselt keeruline.

RNA-l on ainult neli ehitusplokki: adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G) ja uratsiil (U), mis asendab DNA-s leiduvat tümiini (T).See muudab ravimite selektiivsuse peaaegu ületamatuks takistuseks.Seevastu valke moodustavad 22 looduslikku aminohapet, mis selgitab, miks enamik valke sihtivaid ravimeid on suhteliselt hea selektiivsusega.

RNA struktuur ja funktsioon

Nagu valkudel, on ka RNA molekulidel sekundaarne ja tertsiaarne struktuur, nagu on näidatud alloleval joonisel.Kuigi need on üheahelalised makromolekulid, kujuneb nende sekundaarne struktuur välja siis, kui aluste sidumine põhjustab punne, silmuseid ja spiraale.Seejärel viib kolmemõõtmeline voltimine RNA tertsiaarse struktuurini, mis on selle stabiilsuse ja funktsiooni jaoks hädavajalik.

Joonis 1. RNA struktuur

RNA-d on kolme tüüpi:

• Messenger RNA (mRNA)transkribeerib geneetilist informatsiooni DNA-st ja kantakse alusjärjestusena ribosoomile;l
• Ribosomaalne RNA (rRNA)on osa valke sünteesivatest organellidest, mida nimetatakse ribosoomideks, mis eksporditakse tsütoplasmasse ja aitavad muundada mRNA-s sisalduvat teavet valkudeks;
• Transfer RNA (tRNA)on ühenduslüli mRNA ja valgu moodustava aminohappeahela vahel.

RNA sihtimine terapeutilise sihtmärgina on väga atraktiivne.On leitud, et ainult 1,5% meie genoomist transleeritakse lõpuks valguks, samas kui 70–90% transkribeeritakse RNA-ks.RNA molekulid on kõigi elusorganismide jaoks kõige olulisemad.Francis Cricki "keskse dogma" kohaselt on RNA kõige kriitilisem roll DNA-st pärineva geneetilise teabe valkudeks tõlkimine.Lisaks on RNA molekulidel ka muid funktsioone, sealhulgas:

• Valkude sünteesis adaptermolekulidena toimimine;l
• Toimib sõnumitoojana DNA ja ribosoomi vahel;l
• Nad on geneetilise teabe kandjad kõigis elusrakkudes;l
• Õigete aminohapete ribosomaalse valiku soodustamine, mis on vajalik uute valkude sünteesimiseksin vivo.

Antibiootikumid

Hoolimata sellest, et paljud antibiootikumid avastati juba 1940. aastatel, saadi paljude antibiootikumide toimemehhanism selgeks alles 1980. aastate lõpus.On leitud, et suur osa antibiootikume toimib seondudes bakterite ribosoomidega, et takistada neil sobivate valkude tootmist ja seeläbi baktereid tappa.

Näiteks aminoglükosiidide antibiootikumid seonduvad 16S rRNA A-saidiga, mis on osa 30S ribosoomi subühikust, ja seejärel häirivad valkude sünteesi, segades bakterite kasvu, põhjustades lõpuks rakusurma.A-sait viitab aminoatsüülsaidile, mida tuntakse ka tRNA aktseptorsaidina.Üksikasjalik koostoime aminoglükosiidide ravimite vahel, naguparomomütsiinja A-saitE. coliRNA on näidatud allpool.

Joonis 2. Interaktsioon paromomütsiini ja A-saidi vahelE. coliRNA

Kahjuks on paljudel A-saidi inhibiitoritel, sealhulgas aminoglükosiididel, ohutusprobleemid, nagu nefrotoksilisus, annusest sõltuv ja spetsiifiline pöördumatu ototoksilisus.Need toksilisus on tingitud aminoglükosiidravimite selektiivsuse puudumisest RNA väikeste molekulide äratundmisel.

Nagu on näidatud alloleval joonisel: (a) bakterite struktuur, (b) inimese rakumembraan ja (c) inimese mitokondriaalne A-sait on väga sarnased, mistõttu A-saidi inhibiitorid seonduvad nendega kõigiga.

Joonis 3. Mitteselektiivne A-saidi inhibiitori seondumine

Tetratsükliini antibiootikumid inhibeerivad ka rRNA A-saiti.Nad inhibeerivad selektiivselt bakterite valkude sünteesi, seondudes pöörduvalt Mg-ga kompleksis oleva 30S subühiku spiraalse piirkonnaga (H34).²⁺.

Teisest küljest seonduvad makroliidantibiootikumid tekkivate peptiidide (NPET) bakteriaalse ribosoomi tunneli väljumiskoha (E-saidi) lähedal ja blokeerivad selle osaliselt, pärssides seeläbi bakterite valkude sünteesi.Lõpuks oksasolidinoonantibiootikumid nagulinesoliid(Zyvox) seonduvad sügava lõhega bakteriaalses 50S ribosomaalses subühikus, mis on ümbritsetud 23S rRNA nukleotiididega.

Antisenss-oligonukleotiidid (ASO)

Antisenss-ravimid on keemiliselt modifitseeritud nukleiinhappepolümeerid, mis on suunatud RNA-le.Nad tuginevad Watson-Cricki aluste sidumisele, et seonduda sihtmärk-mRNA-ga, mille tulemuseks on geenide vaigistamine, steeriline blokaad või splaissimise muutus.ASO-d võivad suhelda pre-RNA-dega raku tuumas ja küpsete mRNA-dega tsütoplasmas.Need võivad sihtida eksoneid, introneid ja tõlkimata piirkondi (UTR).Praeguseks on FDA heaks kiitnud enam kui tosin ASO ravimit.

Joonis 4. Antisense tehnoloogia

Väikese molekuliga ravimid, mis on suunatud RNA-le

2015. aastal teatas Novartis, et nad on avastanud SMN2 splaissimise regulaatori nimega Branaplam, mis suurendab U1-pre-mRNA seost ja päästab SMA hiiri.

Teisest küljest kiitis FDA 2020. aastal heaks PTC/Roche'i Risdiplami (Evrysdi) SMA raviks.Nagu Branaplam, toimib Risdiplam ka asjakohaste SMN2 geenide splaissimise reguleerimise teel funktsionaalsete SMN-valkude tootmiseks.

RNA lagundajad

RBM tähistab RNA-d siduvat motiivivalku.Põhimõtteliselt on indoolsulfoonamiid molekulaarne liim.See värbab RBM39 selektiivselt CRL4-DCAF15 E3 ubikvitiini ligaasi, soodustades RBM39 polüubikvitinatsiooni ja valkude lagunemist.RBM39 geneetiline ammendumine või sulfoonamiidi poolt vahendatud lagunemine kutsub esile olulisi genoomi hõlmavaid splaissimise kõrvalekaldeid, mis lõpuks viib rakusurma.

RNA-PROTAC-id on välja töötatud RNA-siduvate valkude (RBP) lagundamiseks.PROTAC kasutab linkerit, et ühendada E3 ligaasi ligand RNA ligandiga, mis seondub RNA ja RBP-dega.Kuna RBP sisaldab struktuurseid domeene, mis võivad seostuda spetsiifiliste oligonukleotiidjärjestustega, kasutab RNA-PROTAC huvipakkuva valgu (POI) ligandina oligonukleotiidjärjestust.Lõpptulemus on RBP-de lagunemine.

Hiljuti leiutas RNA professor Matthew Disney Scrippsi okeanograafiainstituudistribonukleaasi sihtivad kimäärid (RiboTAC).RiboTAC on heterofunktsionaalne molekul, mis ühendab RNaasi L ligandi ja RNA ligandi linkeriga.See võib spetsiifiliselt värvata endogeenset RNaasi L spetsiifiliste RNA sihtmärkide jaoks ja seejärel edukalt elimineerida RNA, kasutades rakulise nukleiinhappe lagundamise mehhanismi (RNaas L).

Kuna teadlased saavad rohkem teada väikeste molekulide ja RNA sihtmärkide vahelisest koostoimest, ilmub tulevikus rohkem seda meetodit kasutavaid ravimeid.