Το εμβόλιο mRNA της Pfizer για τον COVID έχει αναζωπυρώσει το πάθος για τη χρήση του ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) ως θεραπευτικού στόχου.Ωστόσο, η στόχευση RNA με μικρά μόρια είναι εξαιρετικά δύσκολη.

Το RNA έχει μόνο τέσσερα δομικά στοιχεία: αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και ουρακίλη (U) που αντικαθιστά τη θυμίνη (Τ) που βρίσκεται στο DNA.Αυτό καθιστά την επιλεκτικότητα των φαρμάκων ένα σχεδόν ανυπέρβλητο εμπόδιο.Αντίθετα, υπάρχουν 22 φυσικά αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες, γεγονός που εξηγεί γιατί τα περισσότερα φάρμακα που στοχεύουν πρωτεΐνες έχουν σχετικά καλή εκλεκτικότητα.

Δομή και λειτουργία του RNA

Όπως οι πρωτεΐνες, τα μόρια RNA έχουν δευτεροταγείς και τριτοταγείς δομές, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Αν και είναι μακρομόρια μονής αλυσίδας, η δευτερεύουσα δομή τους διαμορφώνεται όταν το ζευγάρωμα βάσεων προκαλεί εξογκώματα, βρόχους και έλικες.Στη συνέχεια, η τρισδιάστατη αναδίπλωση οδηγεί στην τριτοταγή δομή του RNA, η οποία είναι απαραίτητη για τη σταθερότητα και τη λειτουργία του.

Εικόνα 1. Δομή του RNA

Υπάρχουν τρεις τύποι RNA:

• Αγγελιοφόρος RNA (mRNA)μεταγράφει γενετικές πληροφορίες από το DNA και μεταφέρεται ως αλληλουχία βάσης στο ριβόσωμα.μεγάλο
• Ριβοσωμικό RNA (rRNA)είναι μέρος των οργανιδίων που συνθέτουν πρωτεΐνες που ονομάζονται ριβοσώματα, τα οποία εξάγονται στο κυτταρόπλασμα και βοηθούν στη μετάφραση των πληροφοριών στο mRNA σε πρωτεΐνες.
• Μεταφορικό RNA (tRNA)είναι ο σύνδεσμος μεταξύ του mRNA και της αλυσίδας αμινοξέων που συνθέτει την πρωτεΐνη.

Η στόχευση του RNA ως θεραπευτικού στόχου είναι πολύ ελκυστική.Έχει βρεθεί ότι μόνο το 1,5% του γονιδιώματός μας μεταφράζεται τελικά σε πρωτεΐνη, ενώ το 70%-90% μεταγράφεται σε RNA.Τα μόρια RNA είναι τα πιο σημαντικά για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς.Σύμφωνα με το «κεντρικό δόγμα» του Φράνσις Κρικ, ο πιο κρίσιμος ρόλος του RNA είναι να μεταφράζει γενετικές πληροφορίες από το DNA σε πρωτεΐνες.Εκτός αυτού, τα μόρια RNA έχουν επίσης άλλες λειτουργίες, όπως:

• Λειτουργούν ως μόρια προσαρμογής στη σύνθεση πρωτεϊνών.μεγάλο
• Χρησιμεύει ως αγγελιοφόρος μεταξύ του DNA και του ριβοσώματος.μεγάλο
• Είναι φορείς γενετικής πληροφορίας σε όλα τα ζωντανά κύτταρα.μεγάλο
• Προώθηση της ριβοσωματικής επιλογής των σωστών αμινοξέων, τα οποία είναι απαραίτητα για τη σύνθεση νέων πρωτεϊνώνin vivo.

Αντιβιοτικά

Παρά το γεγονός ότι ανακαλύφθηκε ήδη από τη δεκαετία του 1940, ο μηχανισμός δράσης πολλών αντιβιοτικών δεν είχε αποσαφηνιστεί μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1980.Διαπιστώθηκε ότι ένα μεγάλο ποσοστό αντιβιοτικών δρουν δεσμεύοντας τα βακτηριακά ριβοσώματα για να τα εμποδίσουν να παράγουν κατάλληλες πρωτεΐνες, σκοτώνοντας έτσι τα βακτήρια.

Για παράδειγμα, τα αμινογλυκοσιδικά αντιβιοτικά συνδέονται με τη θέση Α του 16S rRNA, η οποία είναι μέρος της υπομονάδας του ριβοσώματος 30S, και στη συνέχεια παρεμβαίνουν στη σύνθεση πρωτεϊνών για να παρεμβαίνουν στην ανάπτυξη βακτηρίων, οδηγώντας τελικά σε κυτταρικό θάνατο.Η θέση Α αναφέρεται στη θέση αμινοακυλίου, επίσης γνωστή ως θέση δέκτη tRNA.Η λεπτομερής αλληλεπίδραση μεταξύ αμινογλυκοσιδικών φαρμάκων, όπως π.χπαρομομυκίνη, και η Α-site τουΕ. coliΤο RNA φαίνεται παρακάτω.

Εικόνα 2. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της παρομομυκίνης και της Α-θέσης τουΕ. coliRNA

Δυστυχώς, πολλοί αναστολείς της θέσης Α, συμπεριλαμβανομένων των αμινογλυκοσιδικών φαρμάκων, έχουν ζητήματα ασφάλειας όπως νεφροτοξικότητα, δοσοεξαρτώμενη και ειδική μη αναστρέψιμη ωτοτοξικότητα.Αυτές οι τοξικότητες είναι το αποτέλεσμα της έλλειψης εκλεκτικότητας στα αμινογλυκοσιδικά φάρμακα για την αναγνώριση μικρών μορίων RNA.

Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: (α) η δομή των βακτηρίων, (β) η μεμβράνη του ανθρώπινου κυττάρου και (γ) η ανθρώπινη μιτοχονδριακή Α-θέση είναι πολύ παρόμοια, κάνοντας τους αναστολείς της θέσης Α να δεσμεύονται σε όλα αυτά.

Σχήμα 3. Η μη εκλεκτική δέσμευση αναστολέα Α-θέσης

Τα αντιβιοτικά τετρακυκλίνης αναστέλλουν επίσης τη θέση Α του rRNA.Αναστέλλουν επιλεκτικά τη σύνθεση βακτηριακών πρωτεϊνών δεσμεύοντας αναστρέψιμα σε μια ελικοειδή περιοχή (H34) στην υπομονάδα 30S συμπλεγμένη με Mg²⁺.

Από την άλλη πλευρά, τα μακρολιδικά αντιβιοτικά δεσμεύονται κοντά στη θέση εξόδου (Ε-θέση) της βακτηριακής σήραγγας ριβοσώματος για τα εκκολαπτόμενα πεπτίδια (NPET) και το μπλοκάρουν εν μέρει, αναστέλλοντας έτσι τη βακτηριακή πρωτεϊνική σύνθεση.Τέλος, τα αντιβιοτικά οξαζολιδινόνης όπως π.χλινεζολίδη(Zyvox) δεσμεύονται σε μια βαθιά σχισμή στη βακτηριακή ριβοσωμική υπομονάδα 50S, η οποία περιβάλλεται από νουκλεοτίδια 23S rRNA.

Αντιπληροφοριακά ολιγονουκλεοτίδια (ASO)

Τα αντινοηματικά φάρμακα είναι χημικά τροποποιημένα πολυμερή νουκλεϊκών οξέων που στοχεύουν το RNA.Βασίζονται στο ζεύγος βάσεων Watson-Crick για τη δέσμευση στο mRNA-στόχο, με αποτέλεσμα τη σίγαση γονιδίου, τον στερικό αποκλεισμό ή την αλλαγή ματίσματος.Τα ASO μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τα προ-RNA στον πυρήνα του κυττάρου και τα ώριμα mRNA στο κυτταρόπλασμα.Μπορούν να στοχεύουν εξόνια, εσώνια και μη μεταφρασμένες περιοχές (UTRs).Μέχρι σήμερα, περισσότερα από δώδεκα φάρμακα ASO έχουν εγκριθεί από τον FDA.

Εικόνα 4. Τεχνολογία Antisense

Φάρμακα μικρών μορίων που στοχεύουν το RNA

Το 2015, η Novartis ανέφερε ότι είχε ανακαλύψει έναν ρυθμιστή ματίσματος SMN2 που ονομάζεται Branaplam, ο οποίος ενισχύει τη σύνδεση του U1-pre-mRNA και διασώζει ποντίκια SMA.

Από την άλλη πλευρά, το Risdiplam της PTC/Roche (Evrysdi) εγκρίθηκε από τον FDA το 2020 για τη θεραπεία του SMA.Όπως το Branaplam, το Risdiplam λειτουργεί επίσης ρυθμίζοντας το μάτισμα των σχετικών γονιδίων SMN2 για την παραγωγή λειτουργικών πρωτεϊνών SMN.

αποικοδομητές RNA

Το RBM σημαίνει πρωτεΐνη μοτίβου δέσμευσης RNA.Ουσιαστικά, το σουλφοναμίδιο της ινδόλης είναι ένα μοριακό συγκολλητικό.Επιλεκτικά στρατολογεί το RBM39 στη λιγάση ουβικιτίνης CRL4-DCAF15 E3, προάγοντας την πολυουβικιτίνη του RBM39 και την αποικοδόμηση της πρωτεΐνης.Η γενετική εξάντληση ή η διαμεσολαβούμενη από σουλφοναμίδη αποικοδόμηση του RBM39 προκαλεί σημαντικές ανωμαλίες ματίσματος σε όλο το γονιδίωμα, οδηγώντας τελικά σε κυτταρικό θάνατο.

Τα RNA-PROTACs αναπτύσσονται για την αποικοδόμηση των πρωτεϊνών που δεσμεύουν το RNA (RBPs).Το PROTAC χρησιμοποιεί έναν συνδέτη για να συνδέσει τον συνδέτη λιγάσης Ε3 με τον συνδέτη RNA, ο οποίος συνδέεται με RNA και RBPs.Εφόσον το RBP περιέχει δομικές περιοχές που μπορούν να συνδεθούν σε συγκεκριμένες ολιγονουκλεοτιδικές αλληλουχίες, το RNA-PROTAC χρησιμοποιεί μια ολιγονουκλεοτιδική αλληλουχία ως συνδέτη για την πρωτεΐνη ενδιαφέροντος (POI).Το τελικό αποτέλεσμα είναι η υποβάθμιση των RBP.

Πρόσφατα, ο καθηγητής Matthew Disney του Ινστιτούτου Ωκεανογραφίας Scripps εφηύρε το RNAΧίμαιρες στόχευσης ριβονουκλεάσης (RiboTACs).Το RiboTAC είναι ένα ετερολειτουργικό μόριο που συνδέει έναν συνδέτη RNase L και έναν συνδέτη RNA με έναν συνδέτη.Μπορεί να στρατολογήσει ειδικά την ενδογενή RNase L σε συγκεκριμένους στόχους RNA και στη συνέχεια να εξαλείψει με επιτυχία το RNA χρησιμοποιώντας τον μηχανισμό διάσπασης του κυτταρικού νουκλεϊκού οξέος (RNase L).

Καθώς οι ερευνητές μαθαίνουν περισσότερα για την αλληλεπίδραση μεταξύ μικρών μορίων και στόχων RNA, περισσότερα φάρμακα που χρησιμοποιούν αυτή τη μέθοδο θα εμφανιστούν στο μέλλον.