חיסון ה-mRNA של פייזר ל-COVID הצית מחדש את התשוקה לשימוש בחומצה ריבונוקלאית (RNA) כמטרה טיפולית.עם זאת, מיקוד ל-RNA עם מולקולות קטנות הוא מאתגר ביותר.

ל-RNA יש רק ארבע אבני בניין: אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G), ואורציל (U) המחליף את הטימין (T) שנמצא ב-DNA.זה הופך את סלקטיביות הסמים למכשול כמעט בלתי עביר.לעומת זאת, ישנן 22 חומצות אמינו טבעיות המרכיבות חלבונים, מה שמסביר מדוע לרוב התרופות המכוונות לחלבון יש סלקטיביות טובה יחסית.

מבנה ותפקוד של RNA

כמו חלבונים, למולקולות RNA יש מבנים משניים ושלישוניים, כפי שמוצג באיור למטה.למרות שהן מקרומולקולות חד-שרשרת, המבנה המשני שלהן מקבל צורה כאשר זיווג בסיסים גורם לבליטות, לולאות וסלילים.לאחר מכן, קיפול תלת מימדי מוביל למבנה השלישוני של ה-RNA, החיוני ליציבותו ולתפקודו.

איור 1. מבנה של RNA

ישנם שלושה סוגים של RNA:

• RNA שליח (mRNA)מתמלל מידע גנטי מ-DNA ומועבר כרצף בסיס אל הריבוזום;ל
• RNA ריבוזומלי (rRNA)הוא חלק מהאברונים המסנתזים חלבונים הנקראים ריבוזומים, המיוצאים לציטופלזמה ועוזרים לתרגם מידע ב-mRNA לחלבונים;
• העברת RNA (tRNA)הוא הקשר בין mRNA לשרשרת חומצות האמינו המרכיבות את החלבון.

התמקדות ב-RNA כמטרה טיפולית היא מאוד אטרקטיבית.נמצא שרק 1.5% מהגנום שלנו מתורגם בסופו של דבר לחלבון, בעוד ש-70%-90% מתועתקים ל-RNA.מולקולות RNA הן החשובות ביותר עבור כל האורגניזמים החיים.לפי ה"דוגמה המרכזית" של פרנסיס קריק, התפקיד הקריטי ביותר של RNA הוא לתרגם מידע גנטי מ-DNA לחלבונים.חוץ מזה, למולקולות RNA יש גם פונקציות אחרות, כולל:

• פועל כמולקולות מתאם בסינתזת חלבון;ל
• משמש כשליח בין DNA לריבוזום;ל
• הם נשאים של מידע גנטי בכל התאים החיים;ל
• קידום בחירה ריבוזומלית של חומצות אמינו נכונות, הנחוצה לסינתזה של חלבונים חדשיםin vivo.

אַנְטִיבִּיוֹטִיקָה

למרות שהתגלה כבר בשנות ה-40, מנגנון הפעולה של אנטיביוטיקה רבות לא הובהר עד סוף שנות ה-80.נמצא שחלק גדול מהאנטיביוטיקה פועלת על ידי קשירה לריבוזומים חיידקיים כדי למנוע מהם לייצר חלבונים מתאימים, ובכך להרוג את החיידקים.

לדוגמה, אנטיביוטיקה של aminoglycoside נקשרת לאתר A של 16S rRNA, שהוא חלק מתת-יחידת הריבוזום 30S, ולאחר מכן מפריעות לסינתזת החלבון כדי להפריע לצמיחת חיידקים, מה שמוביל בסופו של דבר למוות תאי.אתר ה-A מתייחס לאתר ה-aminoacyl, הידוע גם כאתר מקבל tRNA.האינטראקציה המפורטת בין תרופות aminoglycoside, כגוןparomomycin, ואתר A שלאי - קוליRNA מוצג להלן.

איור 2. האינטראקציה בין paromomycin לאתר A שלאי - קוליRNA

לרוע המזל, למעכבי A-site רבים, כולל תרופות aminoglycoside, יש בעיות בטיחות כגון רעילות נפרו, תלוית מינון ורעילות ספציפית בלתי הפיכה.רעילות אלו הן תוצאה של חוסר סלקטיביות בתרופות אמינוגליקוזיד לזיהוי מולקולות קטנות של RNA.

כפי שמוצג באיור שלהלן: (א) מבנה החיידקים, (ב) קרום התא האנושי ו-(ג) אתר A המיטוכונדריה האנושי דומים מאוד, מה שגורם למעכבי אתר A להיקשר לכולם.

איור 3. הקישור של מעכב A-site הלא סלקטיבי

אנטיביוטיקה של טטרציקלין גם מעכבת את אתר A של rRNA.הם מעכבים באופן סלקטיבי סינתזת חלבון חיידקי על ידי קשירה הפיכה לאזור סליל (H34) על תת-יחידת ה-30S מורכבת עם Mg²⁺.

מצד שני, אנטיביוטיקה מקרולידים נקשרת ליד אתר היציאה (E-site) של מנהרת הריבוזום החיידקית לפפטידים בהתהוות (NPET) וחוסמת אותו חלקית, ובכך מעכבת את סינתזת החלבון החיידקי.לבסוף, אנטיביוטיקה oxazolidinone כגוןלינזוליד(Zyvox) נקשרים לשסע עמוק בתת-היחידה הריבוזומלית החיידקית 50S, המוקפת בנוקלאוטידים rRNA של 23S.

אוליגונוקלאוטידים אנטי-חושים (ASO)

תרופות האנטי-סנס הן פולימרי חומצת גרעין שעברו שינוי כימי המכוונים ל-RNA.הם מסתמכים על זיווג בסיסים ווטסון-קריק כדי להיקשר ל-mRNA היעד, וכתוצאה מכך להשתקת גנים, חסימה סטרית או שינוי שחבור.ASOs יכולים לקיים אינטראקציה עם פרה-RNA בגרעין התא ו-mRNA בוגר בציטופלזמה.הם יכולים למקד לאקסונים, אינטרונים ואזורים לא מתורגמים (UTR).עד כה, יותר מתריסר תרופות ASO אושרו על ידי ה-FDA.

איור 4. טכנולוגיית אנטי-סנס

תרופות מולקולות קטנות המכוונות ל-RNA

בשנת 2015, נוברטיס דיווחו שהם גילו וסת שחבור SMN2 בשם Branaplam, אשר משפר את הקשר של U1-pre-mRNA ומציל עכברי SMA.

מצד שני, Risdiplam (Evrysdi) של PTC/Roche אושר על ידי ה-FDA בשנת 2020 לטיפול ב-SMA.כמו Branaplam, גם Risdiplam פועלת על ידי ויסות השחבור של גנים SMN2 הרלוונטיים לייצור חלבוני SMN פונקציונליים.

מפרקי RNA

RBM ראשי תיבות של חלבון מוטיב קושר RNA.בעיקרו של דבר, אינדול סולפונאמיד הוא דבק מולקולרי.הוא מגייס באופן סלקטיבי RBM39 לליגאז Ubiquitin CRL4-DCAF15 E3, מקדם RBM39 polyubiquitination ופירוק חלבון.דלדול גנטי או השפלה בתיווך סולפונאמיד של RBM39 מעוררים חריגות שחבור משמעותיות ברחבי הגנום, מה שמוביל בסופו של דבר למוות של תאים.

RNA-PROTACs מפותחים כדי לפרק חלבונים קושרי RNA (RBP).PROTAC משתמש בקישור כדי לחבר את ליגנד הליגאז E3 לליגנד ה-RNA, הנקשר ל-RNA ול-RBPs.מכיוון ש-RBP מכיל תחומים מבניים שיכולים להיקשר לרצפי אוליגונוקלאוטידים ספציפיים, RNA-PROTAC משתמש ברצף אוליגונוקלאוטידים בתור ליגנד לחלבון המעניין (POI).התוצאה הסופית היא השפלה של RBPs.

לאחרונה, פרופ' מתיו דיסני ממכון סקריפס לאוקיאנוגרפיה המציא את ה-RNAכימרות מכוונות לריבונוקלאז (RiboTACs).RiboTAC היא מולקולה הטרופונקציונלית המחברת ליגנד RNase L וליגנד RNA עם מקשר.זה יכול לגייס באופן ספציפי RNase L אנדוגני למטרות RNA ספציפיות, ולאחר מכן לחסל בהצלחה RNA באמצעות מנגנון פירוק חומצות הגרעין התאיות (RNase L).

ככל שהחוקרים ילמדו יותר על האינטראקציה בין מולקולות קטנות למטרות RNA, תרופות נוספות המשתמשות בשיטה זו יצוצו בעתיד.