La mRNA-vakcino de Pfizer kontraŭ COVID reŝaltis la pasion uzi ribonuklean acidon (RNA) kiel terapian celon.Tamen, celi RNA kun malgrandaj molekuloj estas ekstreme malfacila.

RNA nur havas kvar konstrubriketojn: adenino (A), citozino (C), guanino (G), kaj uracilo (U) kiu anstataŭigas timinon (T) trovitan en DNA.Tio igas drogselektivecon preskaŭ nesuperebla obstaklo.Kontraste, ekzistas 22 naturaj aminoacidoj kiuj konsistigas proteinojn, kio klarigas kial plej multaj protein-celaj drogoj havas relative bonan selektivecon.

Strukturo kaj funkcio de RNA

Kiel proteinoj, RNA-molekuloj havas sekundarajn kaj terciarajn strukturojn, kiel montrite en la figuro malsupre.Kvankam ili estas unuĉenaj makromolekuloj, ilia sekundara strukturo formiĝas kiam bazpariĝo kaŭzas ŝvelaĵojn, buklojn kaj helicojn.Tiam, tridimensia faldado kondukas al la terciara strukturo de RNA, kiu estas esenca por sia stabileco kaj funkcio.

Figuro 1. Strukturo de RNA

Estas tri specoj de RNA:

• Mesaĝisto RNA (mRNA)transskribas genetikajn informojn de DNA kaj estas transdonita kiel bazsekvenco sur la ribosomon;l
• Ribosoma RNA (rRNA)estas parto de la protein-sintezantaj organetoj nomitaj ribosomoj, kiuj estas eksportitaj al la citoplasmo kaj helpas traduki informojn en mRNA en proteinojn;
• Transiga RNA (tRNA)estas la ligo inter mRNA kaj la aminoacida ĉeno kiu konsistigas la proteinon.

Celi RNA kiel terapia celo estas tre alloga.Estis trovite ke nur 1.5% de nia genaro estas finfine tradukitaj en proteinon, dum 70% -90% estas transskribitaj en RNA.RNA-molekuloj estas la plej gravaj por ĉiuj vivantaj organismoj.Laŭ la "centra dogmo" de Francis Crick, la plej kritika rolo de RNA estas traduki genetikajn informojn de DNA en proteinojn.Krome, RNA-molekuloj ankaŭ havas aliajn funkciojn, inkluzive de:

• Agante kiel adaptigaj molekuloj en proteinsintezo;l
• Servante kiel mesaĝisto inter DNA kaj la ribosomo;l
• Ili estas portantoj de genetika informo en ĉiuj vivantaj ĉeloj;l
• Antaŭenigante ribosoman elekton de la ĝustaj aminoacidoj, kiu estas necesa por sintezi novajn proteinojnen vivo.

Antibiotikoj

Malgraŭ esti malkovrita jam la 1940-aj jaroj, la mekanismo de ago de multaj antibiotikoj ne estis pliklarigita ĝis la malfruaj 1980-aj jaroj.Estas trovite, ke granda proporcio de antibiotikoj agas per ligado al bakteriaj ribosomoj por malhelpi ilin fari taŭgajn proteinojn, tiel mortigante la bakteriojn.

Ekzemple, aminoglikozidantibiotikoj ligas al la A-ejo de 16S rRNA, kiu estas parto de la 30S ribosoma subunuo, kaj tiam influas proteinsintezon por malhelpi bakterian kreskon, finfine kaŭzante ĉelmorton.La A-ejo rilatas al la aminoacil-ejo, ankaŭ konata kiel la tRNA-akceptejo.La detala interago inter aminoglikozidaj drogoj, kiel ekzempleparomomicino, kaj la A-ejo deE. coliRNA estas montrita malsupre.

Figuro 2. La interago inter paromomicino kaj la A-ejo deE. coliRNA

Bedaŭrinde, multaj A-ejaj inhibitoroj, inkluzive de aminoglikozidaj drogoj, havas sekurecproblemojn kiel ekzemple nefrotokseco, dozodependa kaj specifa neinversigebla ototokseco.Tiuj tokseco estas la rezulto de manko de selektiveco en aminoglikozidmedikamentoj por rekonado de RNA-malgrandaj molekuloj.

Kiel montrite en la malsupra figuro: (a) la strukturo de la bakterioj, (b) la homa ĉelmembrano, kaj (c) la homa mitokondria A-ejo estas tre similaj, igante A-ejajn inhibitorojn ligi al ĉiuj el ili.

Figuro 3. La ne-selektema A-eja inhibitoro-ligado

Tetraciclinantibiotikoj ankaŭ malhelpas la A-ejon de rRNA.Ili selekteme malhelpas bakterian proteinsintezon per reigeble ligado al helikforma regiono (H34) sur la 30S subunuo kompleksita kun Mg.²⁺.

Aliflanke, makrolidaj antibiotikoj ligas proksime de la elirejo (E-ejo) de la bakteria ribosoma tunelo por naskiĝantaj peptidoj (NPET) kaj parte blokas ĝin, tiel malhelpante bakterian proteinsintezon.Fine, oxazolidinone antibiotikoj kiel ekzlinezolid(Zyvox) ligas al profunda fendo en la bakteria 50S ribosoma subunuo, kiu estas ĉirkaŭita de 23S rRNA-nukleotidoj.

Kontraŭsensaj oligonukleotidoj (ASO)

La kontraŭsensaj medikamentoj estas kemi-modifitaj nukleaj acidaj polimeroj kiuj celas RNA.Ili fidas je Watson-Crick bazpariĝo por ligi al celmRNA, rezultigante gensilentigon, steran blokadon aŭ splisan ŝanĝon.ASOoj povas interagi kun antaŭ-RNAoj en la ĉelkerno kaj maturaj mRNAoj en la citoplasmo.Ili povas celi eksonojn, intronojn kaj netradukitajn regionojn (UTRoj).Ĝis nun, pli ol dekduo ASO-medikamentoj estis aprobitaj de la FDA.

Figuro 4. Kontraŭsensa Teknologio

Malgrandaj molekulaj drogoj celantaj RNA

En 2015, Novartis raportis ke ili malkovris SMN2-splisan reguligilon nomitan Branaplam, kiu plibonigas la asocion de U1-pre-mRNA kaj savas SMA-musojn.

Aliflanke, Risdiplam de PTC/Roche (Evrysdi) estis aprobita de la FDA en 2020 por la traktado de SMA.Kiel Branaplam, Risdiplam ankaŭ funkcias reguligante la splisadon de signifaj SMN2-genoj por produkti funkciajn SMN-proteinojn.

RNA-degradiloj

RBM signifas RNA-ligan ĉefteman proteinon.Esence, indolsulfonamido estas molekula gluo.Ĝi selekteme rekrutas RBM39 al la CRL4-DCAF15 E3 ubikvitinligazo, antaŭenigante RBM39-poliubiquitination kaj proteindegeneron.Genetika malplenigo aŭ sulfonamid-mediaciita degenero de RBM39 induktas signifajn genar-kovrantajn splisantajn anomaliojn, finfine kaŭzante ĉelmorton.

RNA-PROTACoj estas evoluigitaj por degradi RNA-devigajn proteinojn (RBPoj).PROTAC uzas ligilon por ligi la E3-ligazPeranto al la RNA-Peranto, kiu ligas al RNA kaj RBPoj.Ĉar RBP enhavas strukturajn domajnojn kiuj povas ligi al specifaj oligonukleotidsekvencoj, RNA-PROTAC utiligas oligonukleotidsekvencon kiel Peranto por la proteino de intereso (POI).La fina rezulto estas la degenero de RBPoj.

Lastatempe, profesoro Matthew Disney de la Scripps Institucio de Oceanografio inventis la RNAribonukleaz-celaj ĥimeroj (RiboTACoj).RiboTAC estas heterofunkcia molekulo kiu ligas RNase L-Peranto kaj RNA-Peranto kun liganto.Ĝi povas specife rekruti endogenan RNase L al specifaj RNA-celoj, kaj tiam sukcese elimini RNA uzante la ĉelan nuklean acidan rompmekanismon (RNase L).

Ĉar esploristoj lernas pli pri la interago inter malgrandaj molekuloj kaj RNA-celoj, pli da medikamentoj uzantaj ĉi tiun metodon aperos en la estonteco.