Pfizer mRNS vakcīna pret COVID ir no jauna izraisījusi aizraušanos ar ribonukleīnskābes (RNS) izmantošanu kā terapeitisku mērķi.Tomēr RNS mērķēšana ar mazām molekulām ir ārkārtīgi sarežģīta.

RNS ir tikai četri celtniecības bloki: adenīns (A), citozīns (C), guanīns (G) un uracils (U), kas aizstāj DNS atrodamo timīnu (T).Tas padara zāļu selektivitāti par gandrīz nepārvaramu šķērsli.Turpretim proteīnus veido 22 dabiskās aminoskābes, kas izskaidro, kāpēc lielākajai daļai proteīnu mērķa zāļu ir salīdzinoši laba selektivitāte.

RNS struktūra un funkcija

Tāpat kā proteīniem, arī RNS molekulām ir sekundāras un terciāras struktūras, kā parādīts attēlā zemāk.Lai gan tās ir vienas ķēdes makromolekulas, to sekundārā struktūra veidojas, kad bāzes savienošana pārī izraisa izliekumus, cilpas un spirāles.Pēc tam trīsdimensiju locīšana noved pie RNS terciārās struktūras, kas ir būtiska tās stabilitātei un funkcijai.

1. attēls. RNS struktūra

Ir trīs RNS veidi:

• Messenger RNS (mRNS)pārraksta ģenētisko informāciju no DNS un tiek pārnesta kā bāzes secība uz ribosomu;l
• Ribosomu RNS (rRNS)ir daļa no proteīnus sintezējošām organellām, ko sauc par ribosomām, kuras tiek eksportētas uz citoplazmu un palīdz pārvērst informāciju mRNS olbaltumvielās;
• Pārnest RNS (tRNS)ir saikne starp mRNS un aminoskābju ķēdi, kas veido proteīnu.

RNS kā terapeitiskā mērķa noteikšana ir ļoti pievilcīga.Ir konstatēts, ka tikai 1,5% no mūsu genoma galu galā tiek pārvērsti olbaltumvielās, bet 70% -90% tiek transkribēti RNS.RNS molekulas ir vissvarīgākās visiem dzīviem organismiem.Saskaņā ar Frensisa Krika “centrālo dogmu”, RNS vissvarīgākā loma ir ģenētiskās informācijas pārvēršana no DNS proteīnos.Turklāt RNS molekulām ir arī citas funkcijas, tostarp:

• Darbojas kā adaptera molekulas proteīnu sintēzē;l
• Kalpo kā sūtnis starp DNS un ribosomu;l
• Tie ir ģenētiskās informācijas nesēji visās dzīvajās šūnās;l
• Veicināt pareizo aminoskābju ribosomu atlasi, kas nepieciešama jaunu proteīnu sintezēšanaiin vivo.

Antibiotikas

Neskatoties uz to, ka daudzu antibiotiku darbības mehānisms tika atklāts jau 1940. gados, to darbības mehānisms netika noskaidrots līdz 80. gadu beigām.Ir konstatēts, ka liela daļa antibiotiku darbojas, saistoties ar baktēriju ribosomām, lai neļautu tām veidot atbilstošus proteīnus, tādējādi nogalinot baktērijas.

Piemēram, aminoglikozīdu antibiotikas saistās ar 16S rRNS A vietu, kas ir daļa no 30S ribosomas apakšvienības, un pēc tam traucē olbaltumvielu sintēzi, lai traucētu baktēriju augšanu, galu galā izraisot šūnu nāvi.A-vieta attiecas uz aminoacila vietu, kas pazīstama arī kā tRNS akceptora vieta.Detalizēta mijiedarbība starp aminoglikozīdu zālēm, piemēram,paromomicīns, un A-vietneE. coliRNS ir parādīts zemāk.

2. attēls. Mijiedarbība starp paromomicīnu un A-vietuE. coliRNS

Diemžēl daudziem A vietas inhibitoriem, tostarp aminoglikozīdu zālēm, ir drošības problēmas, piemēram, nefrotoksicitāte, no devas atkarīga un specifiska neatgriezeniska ototoksicitāte.Šīs toksicitātes ir radušās aminoglikozīdu zāļu selektivitātes trūkuma dēļ RNS mazo molekulu atpazīšanai.

Kā parādīts zemāk esošajā attēlā: (a) baktēriju struktūra, (b) cilvēka šūnu membrāna un (c) cilvēka mitohondriju A vieta ir ļoti līdzīgas, tāpēc A vietas inhibitori saistās ar tām visām.

3. attēls. Neselektīva A vietas inhibitora saistīšanās

Tetraciklīna antibiotikas arī inhibē rRNS A vietu.Tie selektīvi inhibē baktēriju proteīnu sintēzi, atgriezeniski saistoties ar spirālveida reģionu (H34) 30S apakšvienībā, kas kompleksā ar Mg²⁺.

No otras puses, makrolīdu antibiotikas saistās netālu no baktēriju ribosomu tuneļa izejas vietas (E-vieta) topošajiem peptīdiem (NPET) un daļēji bloķē to, tādējādi kavējot baktēriju proteīnu sintēzi.Visbeidzot, oksazolidinona antibiotikas, piemēram,linezolīds(Zyvox) saistās ar dziļu plaisu baktēriju 50S ribosomu apakšvienībā, ko ieskauj 23S rRNS nukleotīdi.

Antisense oligonukleotīdi (ASO)

Antisense zāles ir ķīmiski modificēti nukleīnskābju polimēri, kuru mērķis ir RNS.Viņi paļaujas uz Vatsona-Krika bāzes savienošanu, lai saistīties ar mērķa mRNS, izraisot gēnu klusēšanu, sterisku blokādi vai splicēšanas izmaiņas.ASO var mijiedarboties ar pre-RNS šūnu kodolā un nobriedušām mRNS citoplazmā.Tie var mērķēt uz eksoniem, introniem un netulkotajiem reģioniem (UTR).Līdz šim FDA ir apstiprinājusi vairāk nekā duci ASO zāļu.

4. attēls. Antisense tehnoloģija

Mazu molekulu zāles, kuru mērķis ir RNS

2015. gadā Novartis ziņoja, ka viņi ir atklājuši SMN2 savienošanas regulatoru Branaplam, kas uzlabo U1-pre-mRNS asociāciju un glābj SMA peles.

No otras puses, FDA 2020. gadā apstiprināja PTC/Roche's Risdiplam (Evrysdi) SMA ārstēšanai.Tāpat kā Branaplam, arī Risdiplam darbojas, regulējot attiecīgo SMN2 gēnu savienošanu, lai iegūtu funkcionālus SMN proteīnus.

RNS degradētāji

RBM apzīmē RNS saistošo motīvu proteīnu.Būtībā indola sulfonamīds ir molekulāra līme.Tas selektīvi piesaista RBM39 CRL4-DCAF15 E3 ubikvitīna ligāzei, veicinot RBM39 poliubikvitināciju un olbaltumvielu sadalīšanos.RBM39 ģenētiskā noplicināšanās vai sulfonamīdu izraisīta degradācija izraisa nozīmīgas genoma mēroga splicēšanas anomālijas, kas galu galā izraisa šūnu nāvi.

RNS-PROTAC ir izstrādāti, lai degradētu RNS saistošos proteīnus (RBP).PROTAC izmanto saiti, lai savienotu E3 ligāzes ligandu ar RNS ligandu, kas saistās ar RNS un RBP.Tā kā RBP satur strukturālus domēnus, kas var saistīties ar specifiskām oligonukleotīdu sekvencēm, RNS-PROTAC izmanto oligonukleotīdu secību kā interesējošā proteīna (POI) ligandu.Gala rezultāts ir RBP degradācija.

Nesen profesors Metjū Disnejs no Scripps okeanogrāfijas institūta izgudroja RNSuz ribonukleāzi vērstas kimēras (RiboTAC).RiboTAC ir heterofunkcionāla molekula, kas savieno RNāzes L ligandu un RNS ligandu ar saiti.Tas var īpaši piesaistīt endogēno RNāzi L specifiskiem RNS mērķiem un pēc tam veiksmīgi likvidēt RNS, izmantojot šūnu nukleīnskābju sadalīšanās mehānismu (RNase L).

Tā kā pētnieki uzzina vairāk par mijiedarbību starp mazām molekulām un RNS mērķiem, nākotnē parādīsies vairāk zāļu, kas izmanto šo metodi.