واکسن mRNA فایزر برای کووید، اشتیاق به استفاده از اسید ریبونوکلئیک (RNA) را به عنوان یک هدف درمانی برانگیخته است.با این حال، هدف قرار دادن RNA با مولکول های کوچک بسیار چالش برانگیز است.

RNA فقط دارای چهار بلوک ساختمانی است: آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و اوراسیل (U) که ​​جایگزین تیمین (T) موجود در DNA می شود.این امر انتخاب دارو را به یک مانع تقریباً غیرقابل عبور تبدیل می کند.در مقابل، 22 اسید آمینه طبیعی وجود دارد که پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند، که توضیح می‌دهد که چرا اکثر داروهای هدف‌گیری پروتئین گزینش پذیری نسبتاً خوبی دارند.

ساختار و عملکرد RNA

مولکول های RNA نیز مانند پروتئین ها دارای ساختارهای ثانویه و سوم هستند که در شکل زیر نشان داده شده است.اگرچه آنها ماکرومولکول های تک زنجیره ای هستند، اما ساختار ثانویه آنها زمانی شکل می گیرد که جفت شدن پایه باعث برآمدگی، حلقه و مارپیچ شود.سپس، تاشوی سه بعدی منجر به ساختار سوم RNA می شود که برای پایداری و عملکرد آن ضروری است.

شکل 1. ساختار RNA

سه نوع RNA وجود دارد:

• RNA پیام رسان (mRNA)اطلاعات ژنتیکی را از DNA رونویسی می کند و به عنوان یک توالی پایه به ریبوزوم منتقل می شود.ل
• RNA ریبوزومی (rRNA)بخشی از اندامک های سنتز کننده پروتئین به نام ریبوزوم است که به سیتوپلاسم صادر می شود و به ترجمه اطلاعات موجود در mRNA به پروتئین کمک می کند.
• RNA انتقالی (tRNA)پیوند بین mRNA و زنجیره آمینو اسیدی است که پروتئین را می سازد.

هدف قرار دادن RNA به عنوان یک هدف درمانی بسیار جذاب است.مشخص شده است که تنها 1.5٪ از ژنوم ما در نهایت به پروتئین ترجمه می شود، در حالی که 70 تا 90٪ به RNA رونویسی می شود.مولکول های RNA برای همه موجودات زنده مهم هستند.بر اساس "دگم مرکزی" فرانسیس کریک، حیاتی ترین نقش RNA ترجمه اطلاعات ژنتیکی از DNA به پروتئین است.علاوه بر این، مولکول های RNA عملکردهای دیگری نیز دارند، از جمله:

• عمل به عنوان مولکول آداپتور در سنتز پروتئین.ل
• به عنوان یک پیام رسان بین DNA و ریبوزوم عمل می کند.ل
• آنها حامل اطلاعات ژنتیکی در تمام سلول های زنده هستند.ل
• ترویج انتخاب ریبوزومی اسیدهای آمینه صحیح، که برای سنتز پروتئین های جدید ضروری استin vivo.

آنتی بیوتیک ها

با وجود اینکه در اوایل دهه 1940 کشف شد، مکانیسم اثر بسیاری از آنتی بیوتیک ها تا اواخر دهه 1980 مشخص نشد.مشخص شده است که بخش زیادی از آنتی‌بیوتیک‌ها با اتصال به ریبوزوم‌های باکتریایی از ساخت پروتئین‌های مناسب جلوگیری می‌کنند و در نتیجه باکتری‌ها را از بین می‌برند.

به عنوان مثال، آنتی بیوتیک های آمینوگلیکوزید به سایت A 16S rRNA که بخشی از زیرواحد ریبوزوم 30S است متصل می شوند و سپس با سنتز پروتئین تداخل می کنند تا در رشد باکتری ها اختلال ایجاد کنند و در نهایت منجر به مرگ سلولی می شود.سایت A به سایت آمینواسیل اشاره دارد که به عنوان سایت گیرنده tRNA نیز شناخته می شود.تعامل دقیق بین داروهای آمینوگلیکوزید، مانندپارومومایسین، و A-site ofE. coliRNA در زیر نشان داده شده است.

شکل 2. برهمکنش بین پاروومایسین و A-site ofE. coliRNA

متأسفانه، بسیاری از مهارکننده‌های A-site، از جمله داروهای آمینوگلیکوزید، دارای مشکلات ایمنی مانند سمیت کلیوی، وابسته به دوز و سمیت غیرقابل برگشت خاص هستند.این سمیت‌ها نتیجه عدم انتخاب داروهای آمینوگلیکوزید برای شناسایی مولکول‌های کوچک RNA است.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است: (الف) ساختار باکتری ها، (ب) غشای سلولی انسان، و (ج) سایت A میتوکندری انسان بسیار شبیه به هم هستند و باعث می شود که مهارکننده های A-site به همه آنها متصل شوند.

شکل 3. اتصال غیرانتخابی مهارکننده A-site

آنتی بیوتیک های تتراسایکلین نیز A-site rRNA را مهار می کنند.آنها به طور انتخابی با اتصال برگشت پذیر به یک ناحیه مارپیچ (H34) در زیر واحد 30S کمپلکس شده با منیزیم، سنتز پروتئین باکتریایی را مهار می کنند.²⁺.

از سوی دیگر، آنتی‌بیوتیک‌های ماکرولید در نزدیکی محل خروج (E-site) تونل ریبوزوم باکتری برای پپتیدهای نوپا (NPET) متصل می‌شوند و تا حدی آن را مسدود می‌کنند و در نتیجه سنتز پروتئین باکتریایی را مهار می‌کنند.در نهایت آنتی بیوتیک های oxazolidinone مانندلینزولید(Zyvox) به یک شکاف عمیق در زیر واحد ریبوزومی باکتریایی 50S که توسط نوکلئوتیدهای 23S rRNA احاطه شده است متصل می شود.

الیگونوکلئوتیدهای آنتی سنس (ASO)

داروهای آنتی سنس پلیمرهای اسید نوکلئیک اصلاح شده شیمیایی هستند که RNA را هدف قرار می دهند.آنها برای اتصال به mRNA هدف به جفت شدن بازهای Watson-Crick متکی هستند که منجر به خاموش شدن ژن، محاصره فضایی یا تغییر پیوند می شود.ASO ها می توانند با pre-RNA ها در هسته سلول و mRNA های بالغ در سیتوپلاسم تعامل داشته باشند.آنها می توانند اگزون ها، اینترون ها و مناطق ترجمه نشده (UTR) را مورد هدف قرار دهند.تا به امروز، بیش از دوازده داروی ASO توسط FDA تایید شده است.

شکل 4. فناوری آنتی سنس

داروهای مولکولی کوچک که RNA را هدف قرار می دهند

در سال 2015، Novartis گزارش داد که آنها یک تنظیم کننده اتصال SMN2 به نام Branaplam را کشف کرده اند که ارتباط U1-pre-mRNA را افزایش می دهد و موش های SMA را نجات می دهد.

از سوی دیگر، PTC/Roche's Risdiplam (Evrysdi) در سال 2020 توسط FDA برای درمان SMA تأیید شد.مانند Branaplam، Risdiplam نیز با تنظیم اتصال ژن‌های مربوطه SMN2 برای تولید پروتئین‌های کاربردی SMN عمل می‌کند.

تجزیه کننده های RNA

RBM مخفف پروتئین موتیف اتصال به RNA است.اساسا، ایندول سولفونامید یک چسب مولکولی است.این به طور انتخابی RBM39 را به لیگاز یوبی کوئیتین CRL4-DCAF15 E3 جذب می کند و پلی یوبی کوئیتیناسیون RBM39 و تخریب پروتئین را ترویج می کند.کاهش ژنتیکی یا تخریب با واسطه سولفونامید RBM39 باعث ایجاد ناهنجاری های قابل توجهی در اتصال ژنومی می شود که در نهایت منجر به مرگ سلولی می شود.

RNA-PROTACs برای تجزیه پروتئین های متصل شونده به RNA (RBPs) توسعه یافته اند.PROTAC از یک پیوند دهنده برای اتصال لیگاند لیگاز E3 به لیگاند RNA استفاده می کند که به RNA و RBPs متصل می شود.از آنجایی که RBP حاوی دامنه های ساختاری است که می تواند به توالی های الیگونوکلئوتیدی خاص متصل شود، RNA-PROTAC از یک توالی الیگونوکلئوتیدی به عنوان لیگاند برای پروتئین مورد نظر (POI) استفاده می کند.نتیجه نهایی تخریب RBP است.

اخیراً پروفسور متیو دیزنی از موسسه اقیانوس شناسی اسکریپس RNA را اختراع کرد.کایمراهای هدف گیری ریبونوکلئاز (RiboTACs).RiboTAC یک مولکول هتروعملکردی است که یک لیگاند RNase L و یک لیگاند RNA را با یک پیوند دهنده متصل می کند.این می تواند به طور خاص RNase L درون زا را به اهداف RNA خاص جذب کند، و سپس با موفقیت RNA را با استفاده از مکانیسم تجزیه اسید نوکلئیک سلولی (RNase L) حذف کند.

همانطور که محققان در مورد تعامل بین مولکول های کوچک و اهداف RNA اطلاعات بیشتری کسب می کنند، داروهای بیشتری با استفاده از این روش در آینده ظاهر خواهند شد.