Ang bakunang mRNA ng Pfizer para sa COVID ay muling nagpasigla sa pagkahilig sa paggamit ng ribonucleic acid (RNA) bilang therapeutic target.Gayunpaman, ang pag-target sa RNA na may maliliit na molekula ay lubhang mahirap.

Ang RNA ay mayroon lamang apat na bloke ng gusali: adenine (A), cytosine (C), guanine (G), at uracil (U) na pumapalit sa thymine (T) na matatagpuan sa DNA.Ginagawa nitong isang halos hindi malulutas na balakid ang pagpili sa droga.Sa kabaligtaran, mayroong 22 natural na amino acid na bumubuo ng mga protina, na nagpapaliwanag kung bakit ang karamihan sa mga gamot na nagta-target sa protina ay may medyo mahusay na pagpili.

Istraktura at pag-andar ng RNA

Tulad ng mga protina, ang mga molekula ng RNA ay may pangalawang at tersiyaryong istruktura, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.Bagama't sila ay mga single-chain macromolecules, ang kanilang pangalawang istraktura ay nagkakaroon ng hugis kapag ang base pairing ay nagiging sanhi ng mga bulge, loops, at helices.Pagkatapos, ang three-dimensional na pagtitiklop ay humahantong sa tertiary na istraktura ng RNA, na mahalaga para sa katatagan at paggana nito.

Figure 1. Istraktura ng RNA

May tatlong uri ng RNA:

• Messenger RNA (mRNA)nagsasalin ng genetic na impormasyon mula sa DNA at inililipat bilang base sequence papunta sa ribosome;l
• Ribosomal RNA (rRNA)ay bahagi ng protina-synthesizing organelles na tinatawag na ribosomes, na na-export sa cytoplasm at tumutulong sa pagsasalin ng impormasyon sa mRNA sa mga protina;
• Ilipat ang RNA (tRNA)ay ang link sa pagitan ng mRNA at ang amino acid chain na bumubuo sa protina.

Ang pag-target sa RNA bilang therapeutic target ay talagang kaakit-akit.Napag-alaman na 1.5% lamang ng ating genome ang ganap na isinalin sa protina, habang ang 70%-90% ay na-transcribe sa RNA.Ang mga molekula ng RNA ay ang pinakamahalaga para sa lahat ng nabubuhay na organismo.Ayon sa "central dogma" ni Francis Crick, ang pinakamahalagang papel ng RNA ay ang pagsasalin ng genetic na impormasyon mula sa DNA sa mga protina.Bukod, ang mga molekula ng RNA ay mayroon ding iba pang mga pag-andar, kabilang ang:

• Gumaganap bilang mga molekula ng adaptor sa synthesis ng protina;l
• Nagsisilbi bilang isang mensahero sa pagitan ng DNA at ribosome;l
• Sila ay mga tagapagdala ng genetic na impormasyon sa lahat ng mga buhay na selula;l
• Pagsusulong ng ribosomal na pagpili ng tamang amino acids, na kinakailangan para sa synthesizing ng mga bagong protinasa vivo.

Mga antibiotic

Sa kabila ng natuklasan noong unang bahagi ng 1940s, ang mekanismo ng pagkilos ng maraming antibiotics ay hindi napaliwanagan hanggang sa huling bahagi ng 1980s.Napag-alaman na ang isang malaking proporsyon ng mga antibiotic ay kumikilos sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga bacterial ribosome upang pigilan ang mga ito sa paggawa ng naaangkop na mga protina, at sa gayon ay pinapatay ang bakterya.

Halimbawa, ang mga aminoglycoside antibiotic ay nagbubuklod sa A-site ng 16S rRNA, na bahagi ng 30S ribosome subunit, at pagkatapos ay nakakasagabal sa synthesis ng protina upang makagambala sa paglaki ng bacterial, na humahantong sa pagkamatay ng cell.Ang A-site ay tumutukoy sa aminoacyl site, na kilala rin bilang tRNA acceptor site.Ang detalyadong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga gamot na aminoglycoside, tulad ngparomomycin, at ang A-site ngE. coliAng RNA ay ipinapakita sa ibaba.

Figure 2. Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng paromomycin at ang A-site ngE. coliRNA

Sa kasamaang palad, maraming mga A-site inhibitor, kabilang ang mga aminoglycoside na gamot, ay may mga isyu sa kaligtasan gaya ng nephrotoxicity, depende sa dosis, at partikular na hindi maibabalik na ototoxicity.Ang mga toxicity na ito ay resulta ng kakulangan ng selectivity sa mga aminoglycoside na gamot para sa pagkilala sa mga maliliit na molekula ng RNA.

Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba: (a) ang istraktura ng bakterya, (b) ang lamad ng cell ng tao, at (c) ang mitochondrial A-site ng tao ay halos magkapareho, na ginagawang ang mga inhibitor ng A-site ay nagbubuklod sa lahat ng mga ito.

Figure 3. Ang non-selective A-site inhibitor na nagbubuklod

Pinipigilan din ng mga tetracycline antibiotic ang A-site ng rRNA.Pinipigilan nila ang synthesis ng bacterial protein sa pamamagitan ng reversibly binding sa isang helical region (H34) sa 30S subunit na pinagsama-sama ng Mg²⁺.

Sa kabilang banda, ang mga macrolide antibiotic ay nagbubuklod malapit sa exit site (E-site) ng bacterial ribosome tunnel para sa nascent peptides (NPET) at bahagyang hinaharangan ito, at sa gayon ay pinipigilan ang bacterial protein synthesis.Panghuli, oxazolidinone antibiotics tulad nglinezolid(Zyvox) ay nagbubuklod sa isang malalim na lamat sa bacterial 50S ribosomal subunit, na napapalibutan ng 23S rRNA nucleotides.

Antisense oligonucleotides (ASO)

Ang mga antisense na gamot ay mga chemical-modified nucleic acid polymers na nagta-target sa RNA.Umaasa sila sa Watson-Crick base pairing para mag-bind sa target na mRNA, na nagreresulta sa gene silencing, steric blockade, o splicing alteration.Ang mga ASO ay maaaring makipag-ugnayan sa mga pre-RNA sa cell nucleus at mga mature na mRNA sa cytoplasm.Maaari nilang i-target ang mga exon, intron, at hindi na-translate na mga rehiyon (UTR).Sa ngayon, mahigit isang dosenang ASO na gamot ang inaprubahan ng FDA.

Larawan 4. Antisense Technology

Mga maliliit na molekula na gamot na nagta-target sa RNA

Noong 2015, iniulat ni Novartis na nakadiskubre sila ng isang SMN2 splicing regulator na tinatawag na Branaplam, na nagpapahusay sa samahan ng U1-pre-mRNA at nagliligtas sa mga daga ng SMA.

Sa kabilang banda, ang PTC/Roche's Risdiplam (Evrysdi) ay inaprubahan ng FDA noong 2020 para sa paggamot sa SMA.Tulad ng Branaplam, gumagana rin ang Risdiplam sa pamamagitan ng pag-regulate ng splicing ng mga nauugnay na SMN2 genes upang makagawa ng mga functional na protina ng SMN.

Mga degrader ng RNA

Ang RBM ay kumakatawan sa RNA-binding motif protein.Mahalaga, ang indole sulfonamide ay isang molecular adhesive.Pinipili nito ang RBM39 sa CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin ligase, na nagsusulong ng RBM39 polyubiquitination at pagkasira ng protina.Ang genetic depletion o sulfonamide-mediated degradation ng RBM39 ay nagdudulot ng makabuluhang genome-wide splicing abnormalities, na humahantong sa cell death.

Ang mga RNA-PROTAC ay binuo upang pababain ang RNA-binding proteins (RBPs).Gumagamit ang PROTAC ng isang linker upang ikonekta ang E3 ligase ligand sa RNA ligand, na nagbubuklod sa RNA at RBPs.Dahil ang RBP ay naglalaman ng mga istrukturang domain na maaaring magbigkis sa mga tiyak na oligonucleotide na pagkakasunud-sunod, ang RNA-PROTAC ay gumagamit ng isang oligonucleotide sequence bilang isang ligand para sa protina ng interes (POI).Ang huling resulta ay ang pagkasira ng mga RBP.

Kamakailan, naimbento ni Propesor Matthew Disney ng Scripps Institution of Oceanography ang RNAribonuclease-targeting chimeras (RiboTACs).Ang RiboTAC ay isang heterofunctional molecule na nag-uugnay sa isang RNase L ligand at isang RNA ligand na may isang linker.Maaari itong partikular na mag-recruit ng endogenous RNase L sa mga tiyak na target ng RNA, at pagkatapos ay matagumpay na maalis ang RNA gamit ang mekanismo ng pagkasira ng cellular nucleic acid (RNase L).

Habang natututo ang mga mananaliksik ng higit pa tungkol sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng maliliit na molekula at mga target ng RNA, mas maraming gamot na gumagamit ng paraang ito ang lalabas sa hinaharap.