Pfizer se mRNA-entstof vir COVID het die passie vir die gebruik van ribonukleïensuur (RNA) as 'n terapeutiese teiken laat opvlam.Om RNA met klein molekules te teiken is egter uiters uitdagend.

RNA het net vier boublokke: adenien (A), sitosien (C), guanien (G) en uracil (U) wat timien (T) vervang wat in DNA voorkom.Dit maak dwelmselektiwiteit 'n byna onoorkomelike struikelblok.Daarteenoor is daar 22 natuurlike aminosure wat proteïene saamstel, wat verklaar waarom die meeste proteïen-teikenmiddels relatief goeie selektiwiteit het.

Struktuur en funksie van RNA

Soos proteïene, het RNA-molekules sekondêre en tersiêre strukture, soos in die figuur hieronder getoon.Alhoewel hulle enkelketting makromolekules is, neem hul sekondêre struktuur vorm aan wanneer basisparing bulte, lusse en helices veroorsaak.Dan lei driedimensionele vou tot die tersiêre struktuur van RNA, wat noodsaaklik is vir sy stabiliteit en funksie.

Figuur 1. Struktuur van RNA

Daar is drie tipes RNA:

• Boodskapper-RNA (mRNA)transkribeer genetiese inligting vanaf DNA en word as 'n basisvolgorde na die ribosoom oorgedra;l
• Ribosomale RNA (rRNA)is deel van die proteïensintetiseringsorganelle wat ribosome genoem word, wat na die sitoplasma uitgevoer word en help om inligting in mRNA in proteïene te vertaal;
• Oordrag RNA (tRNA)is die skakel tussen mRNA en die aminosuurketting waaruit die proteïen bestaan.

Om RNA as 'n terapeutiese teiken te rig, is baie aantreklik.Daar is gevind dat slegs 1,5% van ons genoom uiteindelik in proteïen vertaal word, terwyl 70%-90% in RNA getranskribeer word.RNA-molekules is die belangrikste vir alle lewende organismes.Volgens Francis Crick se “sentrale dogma” is die mees kritieke rol van RNA om genetiese inligting van DNA na proteïene te vertaal.Boonop het RNA-molekules ook ander funksies, insluitend:

• Optree as adaptermolekules in proteïensintese;l
• Dien as 'n boodskapper tussen DNA en die ribosoom;l
• Hulle is draers van genetiese inligting in alle lewende selle;l
• Bevordering van ribosomale seleksie van die korrekte aminosure, wat nodig is vir die sintetisering van nuwe proteïenein vivo.

Antibiotika

Ten spyte daarvan dat dit so vroeg as die 1940's ontdek is, is die werkingsmeganisme van baie antibiotika eers in die laat 1980's toegelig.Daar word gevind dat 'n groot deel van antibiotika optree deur aan bakteriële ribosome te bind om te verhoed dat hulle geskikte proteïene maak, en sodoende die bakterieë doodmaak.

Aminoglikosied antibiotika bind byvoorbeeld aan die A-plek van 16S rRNA, wat deel is van die 30S ribosoom subeenheid, en meng dan in met proteïensintese om in te meng met bakteriese groei, wat uiteindelik lei tot seldood.Die A-plek verwys na die aminoasielplek, ook bekend as die tRNA-ontvangerplek.Die gedetailleerde interaksie tussen aminoglikosiedmiddels, soosparomomisien, en die A-werf vanE coliRNA word hieronder getoon.

Figuur 2. Die interaksie tussen paromomisien en die A-plek vanE coliRNA

Ongelukkig het baie A-plek inhibeerders, insluitend aminoglikosiedmiddels, veiligheidskwessies soos nefrotoksisiteit, dosisafhanklike en spesifieke onomkeerbare ototoksisiteit.Hierdie toksisiteite is die gevolg van 'n gebrek aan selektiwiteit in aminoglikosiedmiddels vir die herkenning van RNA klein molekules.

Soos getoon in die figuur hieronder: (a) die struktuur van die bakterieë, (b) die menslike selmembraan, en (c) die menslike mitochondriale A-plek is baie soortgelyk, wat A-plek inhibeerders aan almal bind.

Figuur 3. Die nie-selektiewe A-plek inhibeerderbinding

Tetrasiklien-antibiotika inhibeer ook die A-plek van rRNA.Hulle inhibeer selektief bakteriële proteïensintese deur omkeerbaar te bind aan 'n heliese streek (H34) op die 30S-subeenheid wat met Mg gekomplekseer is²⁺.

Aan die ander kant bind makrolied-antibiotika naby die uitgangsplek (E-plek) van die bakteriële ribosoomtonnel vir ontluikende peptiede (NPET) en blokkeer dit gedeeltelik, waardeur bakteriële proteïensintese inhibeer.Ten slotte, oxazolidinone antibiotika sooslinezolid(Zyvox) bind aan 'n diep spleet in die bakteriële 50S ribosomale subeenheid, wat omring word deur 23S rRNA nukleotiede.

Antisense oligonukleotiede (ASO)

Die antisense middels is chemies-gemodifiseerde nukleïensuurpolimere wat RNA teiken.Hulle maak staat op Watson-Crick-basisparing om aan teiken-mRNA te bind, wat lei tot geenstilte, steriese blokkade of splitsingsverandering.ASO's kan interaksie hê met pre-RNA's in die selkern en volwasse mRNA's in die sitoplasma.Hulle kan eksons, introne en onvertaalde streke (UTR's) teiken.Tot op hede is meer as 'n dosyn ASO-middels deur die FDA goedgekeur.

Figuur 4. Antisense Tegnologie

Kleinmolekule middels wat RNA teiken

In 2015 het Novartis berig dat hulle 'n SMN2-splytingsreguleerder genaamd Branaplam ontdek het, wat die assosiasie van U1-pre-mRNA verbeter en SMA-muise red.

Aan die ander kant is PTC/Roche se Risdiplam (Evrysdi) in 2020 deur die FDA goedgekeur vir die behandeling van SMA.Soos Branaplam, werk Risdiplam ook deur die splitsing van relevante SMN2-gene te reguleer om funksionele SMN-proteïene te produseer.

RNA-afbrekers

RBM staan ​​vir RNA-bindende motiefproteïen.Indoolsulfonamied is in wese 'n molekulêre gom.Dit werf RBM39 selektief na die CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin-ligase, wat RBM39-poliubiquitinering en proteïenafbraak bevorder.Genetiese uitputting of sulfonamied-gemedieerde afbraak van RBM39 veroorsaak beduidende genoomwye splitsingsabnormaliteite, wat uiteindelik tot seldood lei.

RNA-PROTAC's word ontwikkel om RNA-bindende proteïene (RBP's) af te breek.PROTAC gebruik 'n skakelaar om die E3-ligase-ligand aan die RNA-ligand te verbind, wat aan RNA en RBP'e bind.Aangesien RBP strukturele domeine bevat wat aan spesifieke oligonukleotiedvolgordes kan bind, gebruik RNA-PROTAC 'n oligonukleotiedvolgorde as 'n ligand vir die proteïen van belang (POI).Die finale resultaat is die agteruitgang van RBP's.

Onlangs het professor Matthew Disney van die Scripps Institution of Oceanography die RNA uitgevindribonuklease-gerigte chimeras (RiboTAC's).RiboTAC is 'n heterofunksionele molekule wat 'n RNase L-ligand en 'n RNA-ligand met 'n skakelaar verbind.Dit kan spesifiek endogene RNase L na spesifieke RNA-teikens werf, en dan RNA suksesvol elimineer deur die sellulêre nukleïensuurafbreekmeganisme (RNase L) te gebruik.

Soos navorsers meer leer oor die interaksie tussen klein molekules en RNA-teikens, sal meer middels wat hierdie metode gebruik in die toekoms na vore kom.