Pfizer'in COVID için mRNA aşısı, ribonükleik asidi (RNA) terapötik bir hedef olarak kullanma tutkusunu yeniden ateşledi.Bununla birlikte, RNA'yı küçük moleküllerle hedeflemek son derece zordur.

RNA'nın yalnızca dört yapı taşı vardır: DNA'da bulunan timin (T) yerine geçen adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve urasil (U).Bu, ilaç seçiciliğini neredeyse aşılmaz bir engel haline getirir.Buna karşılık, proteinleri oluşturan 22 doğal amino asit vardır, bu da çoğu protein hedefleyen ilacın neden nispeten iyi seçiciliğe sahip olduğunu açıklar.

RNA'nın yapısı ve işlevi

Proteinler gibi, RNA molekülleri de aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ikincil ve üçüncül yapılara sahiptir.Tek zincirli makromoleküller olmalarına rağmen ikincil yapıları, baz eşleşmesi şişkinliklere, ilmeklere ve sarmallara neden olduğunda şekillenir.Ardından, üç boyutlu katlama, stabilitesi ve işlevi için gerekli olan RNA'nın üçüncül yapısına yol açar.

Şekil 1. RNA'nın Yapısı

Üç tip RNA vardır:

• Haberci RNA (mRNA)DNA'dan genetik bilgiyi kopyalar ve bir baz dizisi olarak ribozoma aktarılır;ben
• Ribozomal RNA (rRNA)sitoplazmaya ihraç edilen ve mRNA'daki bilgilerin proteinlere dönüştürülmesine yardımcı olan ribozom adı verilen protein sentezleyen organellerin bir parçasıdır;
• Aktarım RNA'sı (tRNA)mRNA ile proteini oluşturan amino asit zinciri arasındaki bağlantıdır.

Terapötik bir hedef olarak RNA'yı hedeflemek çok çekicidir.Genomumuzun yalnızca %1,5'inin nihayetinde proteine ​​çevrildiği, %70-90'ının ise RNA'ya kopyalandığı bulunmuştur.RNA molekülleri tüm canlı organizmalar için en önemlisidir.Francis Crick'in “merkezi dogması”na göre, RNA'nın en kritik rolü, genetik bilgiyi DNA'dan proteinlere çevirmek.Ayrıca, RNA moleküllerinin aşağıdakiler de dahil olmak üzere başka işlevleri de vardır:

• Protein sentezinde adaptör moleküller olarak görev yapan;ben
• DNA ile ribozom arasında haberci olarak görev yapan;ben
• Tüm canlı hücrelerde genetik bilginin taşıyıcılarıdır;ben
• Yeni proteinlerin sentezlenmesi için gerekli olan doğru amino asitlerin ribozomal seçimini teşvik etmekin vivo.

antibiyotikler

1940'larda keşfedilmiş olmasına rağmen, birçok antibiyotiğin etki mekanizması 1980'lerin sonlarına kadar aydınlatılamamıştır.Antibiyotiklerin büyük bir kısmının bakteri ribozomlarına bağlanarak hareket ederek uygun proteinleri yapmalarını önlediği ve böylece bakterileri öldürdüğü bulunmuştur.

Örneğin, aminoglikozid antibiyotikler, 30S ribozom alt biriminin bir parçası olan 16S rRNA'nın A bölgesine bağlanır ve daha sonra bakteriyel büyümeye müdahale etmek için protein sentezine müdahale eder ve sonuçta hücre ölümüne yol açar.A bölgesi, tRNA alıcı bölgesi olarak da bilinen aminoasil bölgesini ifade eder.Aminoglikozit ilaçlar arasındaki ayrıntılı etkileşim, örneğinparomomisinve A sitesiE. coliRNA aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 2. Paromomisin ve A bölgesi arasındaki etkileşimE. coliRNA

Ne yazık ki, aminoglikozit ilaçlar dahil birçok A bölgesi inhibitörü nefrotoksisite, doza bağımlı ve spesifik geri dönüşümsüz ototoksisite gibi güvenlik sorunlarına sahiptir.Bu toksisiteler, küçük RNA moleküllerini tanımak için aminoglikozit ilaçlarda seçicilik eksikliğinin bir sonucudur.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: (a) bakterinin yapısı, (b) insan hücre zarı ve (c) insan mitokondriyal A-bölgesi çok benzerdir ve A-bölgesi inhibitörlerinin hepsine bağlanmasını sağlar.

Şekil 3. Seçici olmayan A bölgesi inhibitörü bağlanması

Tetrasiklin antibiyotikleri ayrıca rRNA'nın A bölgesini de inhibe eder.Mg ile kompleks oluşturan 30S alt birimi üzerindeki sarmal bir bölgeye (H34) geri dönüşümlü olarak bağlanarak bakteriyel protein sentezini seçici olarak inhibe ederler.²⁺.

Öte yandan, makrolid antibiyotikler yeni oluşan peptidler (NPET) için bakteriyel ribozom tünelinin çıkış yerinin (E-bölgesi) yakınına bağlanır ve onu kısmen bloke ederek bakteriyel protein sentezini inhibe eder.Son olarak, oksazolidinon antibiyotikler, örneğinlinezolid(Zyvox), 23S rRNA nükleotitleri ile çevrili bakteriyel 50S ribozomal alt birimdeki derin bir yarığa bağlanır.

Antisens oligonükleotitler (ASO)

Antisens ilaçlar, RNA'yı hedefleyen kimyasal olarak modifiye edilmiş nükleik asit polimerleridir.Hedef mRNA'ya bağlanmak için Watson-Crick baz eşleşmesine güvenirler, bu da gen susturma, sterik blokaj veya ekleme değişikliği ile sonuçlanır.ASO'lar, hücre çekirdeğindeki pre-RNA'lar ve sitoplazmadaki olgun mRNA'lar ile etkileşime girebilir.Ekzonları, intronları ve çevrilmemiş bölgeleri (UTR'ler) hedefleyebilirler.Bugüne kadar bir düzineden fazla ASO ilacı FDA tarafından onaylanmıştır.

Şekil 4. Antisens Teknolojisi

RNA'yı hedefleyen küçük moleküllü ilaçlar

2015 yılında Novartis, U1-pre-mRNA ilişkisini geliştiren ve SMA farelerini kurtaran Branaplam adlı bir SMN2 ekleme regülatörü keşfettiklerini bildirdi.

Öte yandan PTC/Roche'un Risdiplam'ı (Evrysdi), SMA tedavisi için 2020 yılında FDA tarafından onaylanmıştır.Branaplam gibi, Risdiplam da fonksiyonel SMN proteinleri üretmek için ilgili SMN2 genlerinin eklenmesini düzenleyerek çalışır.

RNA bozundurucuları

RBM, RNA bağlayıcı motif proteini anlamına gelir.Esasen, indol sülfonamid moleküler bir yapıştırıcıdır.Seçici olarak RBM39'u CRL4-DCAF15 E3 ubikuitin ligazına alarak RBM39 poliübikitinasyonunu ve protein bozulmasını destekler.RBM39'un genetik tükenmesi veya sülfonamid aracılı bozunması, sonuçta hücre ölümüne yol açan önemli genom çapında ekleme anormalliklerine neden olur.

RNA-PROTAC'lar, RNA bağlayıcı proteinleri (RBP'ler) parçalamak için geliştirilmiştir.PROTAC, E3 ligaz ligandını RNA ve RBP'lere bağlanan RNA ligandına bağlamak için bir bağlayıcı kullanır.RBP, spesifik oligonükleotit sekanslarına bağlanabilen yapısal alanlar içerdiğinden, RNA-PROTAC ilgili protein (POI) için bir ligand olarak bir oligonükleotid sekansı kullanır.Nihai sonuç, RBP'lerin bozulmasıdır.

Son zamanlarda, Scripps Oşinografi Enstitüsü'nden Profesör Matthew Disney, RNA'yı icat etti.ribonükleaz hedefleyen kimeralar (RiboTAC'ler).RiboTAC, bir RNase L ligandını ve bir RNA ligandını bir bağlayıcı ile bağlayan heterofonksiyonel bir moleküldür.Spesifik olarak endojen RNase L'yi spesifik RNA hedeflerine yönlendirebilir ve daha sonra hücresel nükleik asit parçalanma mekanizmasını (RNase L) kullanarak RNA'yı başarılı bir şekilde ortadan kaldırabilir.

Araştırmacılar, küçük moleküller ve RNA hedefleri arasındaki etkileşim hakkında daha fazla şey öğrendikçe, gelecekte bu yöntemi kullanan daha fazla ilaç ortaya çıkacaktır.