Vaksin mRNA Pfizer untuk COVID telah menghidupkan semula semangat untuk menggunakan asid ribonukleik (RNA) sebagai sasaran terapeutik.Walau bagaimanapun, menyasarkan RNA dengan molekul kecil adalah sangat mencabar.

RNA hanya mempunyai empat blok binaan: adenine (A), sitosin (C), guanin (G), dan urasil (U) yang menggantikan timin (T) yang terdapat dalam DNA.Ini menjadikan pemilihan dadah sebagai halangan yang hampir tidak dapat diatasi.Sebaliknya, terdapat 22 asid amino semulajadi yang membentuk protein, yang menjelaskan mengapa kebanyakan ubat yang menyasarkan protein mempunyai selektiviti yang agak baik.

Struktur dan fungsi RNA

Seperti protein, molekul RNA mempunyai struktur sekunder dan tertier, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.Walaupun ia adalah makromolekul rantai tunggal, struktur sekundernya terbentuk apabila pasangan asas menyebabkan bonjolan, gelung, dan heliks.Kemudian, lipatan tiga dimensi membawa kepada struktur tertier RNA, yang penting untuk kestabilan dan fungsinya.

Rajah 1. Struktur RNA

Terdapat tiga jenis RNA:

• RNA Pengutus (mRNA)menyalin maklumat genetik daripada DNA dan dipindahkan sebagai urutan asas ke ribosom;l
• RNA ribosom (rRNA)adalah sebahagian daripada organel pensintesis protein yang dipanggil ribosom, yang dieksport ke sitoplasma dan membantu menterjemah maklumat dalam mRNA kepada protein;
• Pemindahan RNA (tRNA)ialah penghubung antara mRNA dan rantai asid amino yang membentuk protein.

Menyasarkan RNA sebagai sasaran terapeutik adalah sangat menarik.Telah didapati bahawa hanya 1.5% daripada genom kita akhirnya diterjemahkan kepada protein, manakala 70%-90% ditranskripsikan ke dalam RNA.Molekul RNA adalah yang paling penting untuk semua organisma hidup.Menurut “dogma pusat” Francis Crick, peranan RNA yang paling kritikal ialah menterjemah maklumat genetik daripada DNA kepada protein.Selain itu, molekul RNA juga mempunyai fungsi lain, termasuk:

• Bertindak sebagai molekul penyesuai dalam sintesis protein;l
• Berkhidmat sebagai utusan antara DNA dan ribosom;l
• Mereka adalah pembawa maklumat genetik dalam semua sel hidup;l
• Menggalakkan pemilihan ribosom asid amino yang betul, yang diperlukan untuk mensintesis protein barudalam vivo.

Antibiotik

Walaupun ditemui seawal tahun 1940-an, mekanisme tindakan banyak antibiotik tidak dijelaskan sehingga akhir 1980-an.Didapati bahawa sebahagian besar antibiotik bertindak dengan mengikat ribosom bakteria untuk menghalangnya daripada membuat protein yang sesuai, dengan itu membunuh bakteria.

Sebagai contoh, antibiotik aminoglikosida mengikat tapak A 16S rRNA, yang merupakan sebahagian daripada subunit ribosom 30S, dan kemudian mengganggu sintesis protein untuk mengganggu pertumbuhan bakteria, akhirnya membawa kepada kematian sel.Tapak A merujuk kepada tapak aminoasil, juga dikenali sebagai tapak penerima tRNA.Interaksi terperinci antara ubat aminoglikosida, sepertiparomomycin, dan tapak A bagiE coliRNA ditunjukkan di bawah.

Rajah 2. Interaksi antara paromomycin dan tapak A bagiE coliRNA

Malangnya, banyak perencat tapak A, termasuk ubat aminoglikosida, mempunyai isu keselamatan seperti nefrotoksisiti, bergantung kepada dos, dan ototoksisiti tidak boleh dipulihkan khusus.Ketoksikan ini adalah hasil daripada kekurangan selektiviti dalam ubat aminoglikosida untuk mengenali molekul kecil RNA.

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah: (a) struktur bakteria, (b) membran sel manusia, dan (c) tapak A mitokondria manusia adalah sangat serupa, menjadikan perencat tapak A mengikat kesemuanya.

Rajah 3. Pengikatan perencat tapak A tidak selektif

Antibiotik tetracycline juga menghalang tapak A rRNA.Mereka secara selektif menghalang sintesis protein bakteria dengan mengikat secara berbalik kepada kawasan heliks (H34) pada subunit 30S yang dikomplekskan dengan Mg²⁺.

Sebaliknya, antibiotik makrolida mengikat berhampiran tapak keluar (tapak E) terowong ribosom bakteria untuk peptida yang baru lahir (NPET) dan menghalangnya sebahagiannya, dengan itu menghalang sintesis protein bakteria.Akhir sekali, antibiotik oxazolidinone sepertilinezolid(Zyvox) terikat pada celah yang dalam dalam subunit ribosom 50S bakteria, yang dikelilingi oleh nukleotida rRNA 23S.

Antisense oligonucleotides (ASO)

Ubat antisense adalah polimer asid nukleik yang diubah suai kimia yang menyasarkan RNA.Mereka bergantung pada gandingan asas Watson-Crick untuk mengikat kepada mRNA sasaran, mengakibatkan pembungkaman gen, sekatan sterik, atau perubahan penyambungan.ASO boleh berinteraksi dengan pra-RNA dalam nukleus sel dan mRNA matang dalam sitoplasma.Mereka boleh menyasarkan ekson, intron dan kawasan tidak diterjemahkan (UTR).Sehingga kini, lebih daripada sedozen ubat ASO telah diluluskan oleh FDA.

Rajah 4. Teknologi Antisense

Ubat molekul kecil yang menyasarkan RNA

Pada 2015, Novartis melaporkan bahawa mereka telah menemui pengawal selia penyambungan SMN2 yang dipanggil Branaplam, yang meningkatkan perkaitan U1-pra-mRNA dan menyelamatkan tikus SMA.

Sebaliknya, Risdiplam (Evrysdi) PTC/Roche telah diluluskan oleh FDA pada 2020 untuk rawatan SMA.Seperti Branaplam, Risdiplam juga berfungsi dengan mengawal selia penyambungan gen SMN2 yang berkaitan untuk menghasilkan protein SMN berfungsi.

Penghancur RNA

RBM bermaksud protein motif pengikat RNA.Pada asasnya, indole sulfonamide adalah pelekat molekul.Ia secara selektif merekrut RBM39 ke CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin ligase, menggalakkan polyubiquitination RBM39 dan degradasi protein.Kekurangan genetik atau degradasi pengantara sulfonamida RBM39 mendorong keabnormalan penyambungan seluruh genom yang ketara, yang akhirnya membawa kepada kematian sel.

RNA-PROTAC dibangunkan untuk merendahkan protein pengikat RNA (RBP).PROTAC menggunakan penghubung untuk menyambung ligan ligase E3 ke ligan RNA, yang mengikat RNA dan RBP.Oleh kerana RBP mengandungi domain struktur yang boleh mengikat jujukan oligonukleotida tertentu, RNA-PROTAC menggunakan jujukan oligonukleotida sebagai ligan untuk protein yang diminati (POI).Hasil akhir ialah kemerosotan RBP.

Baru-baru ini, Profesor Matthew Disney dari Scripps Institution of Oceanography mencipta RNAchimera penyasaran ribonuclease (RiboTACs).RiboTAC ialah molekul heterofungsi yang menghubungkan ligan RNase L dan ligan RNA dengan penghubung.Ia secara khusus boleh merekrut RNase L endogen kepada sasaran RNA tertentu, dan kemudian berjaya menghapuskan RNA menggunakan mekanisme pecahan asid nukleik selular (RNase L).

Apabila penyelidik mengetahui lebih lanjut tentang interaksi antara molekul kecil dan sasaran RNA, lebih banyak ubat yang menggunakan kaedah ini akan muncul pada masa hadapan.