Mae brechlyn mRNA Pfizer ar gyfer COVID wedi ailgynnau'r angerdd dros ddefnyddio asid riboniwcleig (RNA) fel targed therapiwtig.Fodd bynnag, mae targedu RNA â moleciwlau bach yn hynod heriol.

Dim ond pedwar bloc adeiladu sydd gan RNA: adenin (A), cytosin (C), guanin (G), ac uracil (U) sy'n disodli thymin (T) a geir mewn DNA.Mae hyn yn gwneud dewis cyffuriau yn rhwystr bron yn anorchfygol.Mewn cyferbyniad, mae yna 22 o asidau amino naturiol sy'n gwneud proteinau, sy'n esbonio pam mae gan y mwyafrif o gyffuriau sy'n targedu protein ddetholusrwydd cymharol dda.

Strwythur a swyddogaeth RNA

Fel proteinau, mae gan foleciwlau RNA strwythurau eilaidd a thrydyddol, fel y dangosir yn y ffigur isod.Er eu bod yn macromoleciwlau cadwyn sengl, mae eu strwythur eilaidd yn cymryd siâp pan fydd paru sylfaen yn achosi chwydd, dolennau a helices.Yna, mae plygu tri dimensiwn yn arwain at strwythur trydyddol RNA, sy'n hanfodol ar gyfer ei sefydlogrwydd a'i swyddogaeth.

Ffigur 1. Strwythur RNA

Mae tri math o RNA:

• RNA negesydd (mRNA)yn trawsgrifio gwybodaeth enetig o DNA ac yn cael ei drosglwyddo fel dilyniant bas i'r ribosom;l
• RNA ribosomaidd (rRNA)yn rhan o'r organynnau sy'n syntheseiddio protein o'r enw ribosomau, sy'n cael eu hallforio i'r cytoplasm ac yn helpu i drosi gwybodaeth mewn mRNA yn broteinau;
• Trosglwyddo RNA (tRNA)yw'r cysylltiad rhwng mRNA a'r gadwyn asid amino sy'n ffurfio'r protein.

Mae targedu RNA fel targed therapiwtig yn ddeniadol iawn.Canfuwyd mai dim ond 1.5% o'n genom sy'n cael ei gyfieithu yn y pen draw i brotein, tra bod 70% -90% yn cael ei drawsgrifio i RNA.Molecylau RNA yw'r rhai pwysicaf i bob organeb byw.Yn ôl “dogma canolog” Francis Crick, rôl fwyaf allweddol RNA yw trosi gwybodaeth enetig o DNA yn broteinau.Yn ogystal, mae gan foleciwlau RNA swyddogaethau eraill hefyd, gan gynnwys:

• Gweithredu fel moleciwlau addasydd mewn synthesis protein;l
• Gwasanaethu fel negesydd rhwng DNA a'r ribosom;l
• Maent yn gludwyr gwybodaeth enetig ym mhob cell byw;l
• Hyrwyddo detholiad ribosomaidd o'r asidau amino cywir, sy'n angenrheidiol ar gyfer syntheseiddio proteinau newyddyn vivo.

Gwrthfiotigau

Er iddo gael ei ddarganfod mor gynnar â'r 1940au, ni chafodd mecanwaith gweithredu llawer o wrthfiotigau ei egluro tan ddiwedd y 1980au.Canfuwyd bod cyfran fawr o wrthfiotigau yn gweithredu trwy rwymo ribosomau bacteriol i'w hatal rhag gwneud proteinau priodol, a thrwy hynny ladd y bacteria.

Er enghraifft, mae gwrthfiotigau aminoglycoside yn rhwymo i safle A rRNA 16S, sy'n rhan o is-uned ribosom 30S, ac yna'n ymyrryd â synthesis protein i ymyrryd â thwf bacteriol, gan arwain yn y pen draw at farwolaeth celloedd.Mae'r safle A yn cyfeirio at y safle aminoacyl, a elwir hefyd yn safle derbyn tRNA.Mae'r rhyngweithio manwl rhwng cyffuriau aminoglycoside, megisparomomycin, a'r A-safle oE. coliDangosir RNA isod.

Ffigur 2. Y rhyngweithio rhwng paromomycin a safle AE. coliRNA

Yn anffodus, mae gan lawer o atalyddion safle A, gan gynnwys cyffuriau aminoglycoside, faterion diogelwch fel neffrowenwyndra, dos-ddibynnol, ac otowenwyndra anwrthdroadwy penodol.Mae'r gwenwyneddau hyn yn ganlyniad i ddiffyg detholusrwydd mewn cyffuriau aminoglycoside ar gyfer adnabod moleciwlau bach RNA.

Fel y dangosir yn y ffigur isod: (a) mae adeiledd y bacteria, (b) y gellbilen ddynol, a (c) y safle A mitocondriaidd dynol yn debyg iawn, gan wneud atalyddion safle A yn rhwymo pob un ohonynt.

Ffigur 3. Y rhwymiad atalydd safle A nad yw'n ddewisol

Mae gwrthfiotigau tetracycline hefyd yn atal safle A rRNA.Maent yn atal synthesis protein bacteriol yn ddetholus trwy rwymo'n wrthdroadwy i ranbarth helical (H34) ar yr is-uned 30S sydd wedi'i gymhlethu â Mg²⁺.

Ar y llaw arall, mae gwrthfiotigau macrolide yn rhwymo ger safle ymadael (E-safle) y twnnel ribosom bacteriol ar gyfer peptidau eginol (NPET) ac yn ei rwystro'n rhannol, a thrwy hynny atal synthesis protein bacteriol.Yn olaf, gwrthfiotigau oxazolidinone megisllinolid(Zyvox) rhwymo i hollt dwfn yn yr is-uned ribosomaidd 50S bacteriol, sydd wedi'i amgylchynu gan niwcleotidau rRNA 23S.

Oligoniwcleotidau antisense (ASO)

Mae'r cyffuriau antisense yn bolymerau asid niwclëig wedi'u haddasu'n gemegol sy'n targedu RNA.Maent yn dibynnu ar baru sylfaen Watson-Crick i rwymo i dargedu mRNA, gan arwain at dawelu genynnau, gwarchae steric, neu newid splicing.Gall ASOs ryngweithio â rhag-RNAs yng nghnewyllyn y gell ac mRNAs aeddfed yn y cytoplasm.Gallant dargedu exons, introns, a rhanbarthau heb eu cyfieithu (UTRs).Hyd yn hyn, mae mwy na dwsin o gyffuriau ASO wedi'u cymeradwyo gan yr FDA.

Ffigur 4. Technoleg Antisense

Cyffuriau moleciwl bach sy'n targedu RNA

Yn 2015, adroddodd Novartis eu bod wedi darganfod rheolydd splicing SMN2 o'r enw Branaplam, sy'n gwella cysylltiad U1-cyn-mRNA ac yn achub llygod SMA.

Ar y llaw arall, cymeradwywyd PTC / Roche's Risdilam (Evrysdi) gan yr FDA yn 2020 ar gyfer trin SMA.Fel Branaplam, mae Risdiplam hefyd yn gweithio trwy reoleiddio hollti genynnau SMN2 perthnasol i gynhyrchu proteinau SMN swyddogaethol.

Diraddio RNA

Mae RBM yn sefyll am brotein motiff sy'n rhwymo RNA.Yn y bôn, mae indole sulfonamid yn gludiog moleciwlaidd.Mae'n recriwtio RBM39 yn ddetholus i'r CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin ligase, gan hyrwyddo polyubiquitin RBM39 a diraddio protein.Mae disbyddiad genetig neu ddiraddiad RBM39 wedi'i gyfryngu gan sulfonamide yn achosi annormaleddau splicing genom-eang sylweddol, gan arwain yn y pen draw at farwolaeth celloedd.

Mae RNA-PROTACs yn cael eu datblygu i ddiraddio proteinau sy'n rhwymo RNA (RBPs).Mae PROTAC yn defnyddio cysylltydd i gysylltu'r ligand ligas E3 â'r ligand RNA, sy'n clymu i RNA a RBPs.Gan fod RBP yn cynnwys parthau strwythurol a all rwymo i ddilyniannau oligonucleotid penodol, mae RNA-PROTAC yn defnyddio dilyniant oligonucleotid fel ligand ar gyfer y protein o ddiddordeb (POI).Y canlyniad terfynol yw diraddio RBPs.

Yn ddiweddar, dyfeisiodd yr Athro Matthew Disney o'r Scripps Institution of Oceanography yr RNAchimeras sy'n targedu riboniwcleas (RiboTACs).Mae RiboTAC yn foleciwl heteroweithredol sy'n cysylltu ligand RNase L a ligand RNA â chysylltydd.Gall recriwtio RNase L mewndarddol yn benodol i dargedau RNA penodol, ac yna dileu RNA yn llwyddiannus gan ddefnyddio'r mecanwaith dadelfennu asid niwclëig cellog (RNase L).

Wrth i ymchwilwyr ddysgu mwy am y rhyngweithio rhwng moleciwlau bach a thargedau RNA, bydd mwy o gyffuriau gan ddefnyddio'r dull hwn yn dod i'r amlwg yn y dyfodol.