Vaccinul ARNm de la Pfizer pentru COVID a reaprins pasiunea pentru utilizarea acidului ribonucleic (ARN) ca țintă terapeutică.Cu toate acestea, țintirea ARN-ului cu molecule mici este extrem de dificilă.

ARN-ul are doar patru blocuri: adenina (A), citozina (C), guanina (G) și uracilul (U) care înlocuiește timina (T) găsită în ADN.Acest lucru face ca selectivitatea medicamentelor să fie un obstacol aproape de netrecut.În schimb, există 22 de aminoacizi naturali care alcătuiesc proteinele, ceea ce explică de ce majoritatea medicamentelor care vizează proteinele au o selectivitate relativ bună.

Structura și funcția ARN-ului

Ca și proteinele, moleculele de ARN au structuri secundare și terțiare, așa cum se arată în figura de mai jos.Deși sunt macromolecule cu un singur lanț, structura lor secundară prinde contur atunci când împerecherea bazelor provoacă umflături, bucle și elice.Apoi, plierea tridimensională duce la structura terțiară a ARN, care este esențială pentru stabilitatea și funcționarea acestuia.

Figura 1. Structura ARN

Există trei tipuri de ARN:

• ARN mesager (ARNm)transcrie informația genetică din ADN și este transferată ca o secvență de baze pe ribozom;l
• ARN ribozomal (ARNr)face parte din organelele de sinteză a proteinelor numite ribozomi, care sunt exportate în citoplasmă și ajută la traducerea informațiilor din ARNm în proteine;
• Transfer ARN (ARNt)este legătura dintre ARNm și lanțul de aminoacizi care alcătuiește proteina.

Direcția ARN-ului ca țintă terapeutică este foarte atractivă.S-a descoperit că doar 1,5% din genomul nostru este în cele din urmă tradus în proteine, în timp ce 70%-90% este transcris în ARN.Moleculele de ARN sunt cele mai importante pentru toate organismele vii.Potrivit „dogma centrală” a lui Francis Crick, cel mai important rol al ARN-ului este de a traduce informațiile genetice din ADN în proteine.În plus, moleculele de ARN au și alte funcții, printre care:

• Acționează ca molecule adaptoare în sinteza proteinelor;l
• Servește ca mesager între ADN și ribozom;l
• Sunt purtători de informații genetice în toate celulele vii;l
• Promovarea selecției ribozomale a aminoacizilor corecti, care este necesar pentru sintetizarea noilor proteinein vivo.

Antibiotice

În ciuda faptului că a fost descoperit încă din anii 1940, mecanismul de acțiune al multor antibiotice nu a fost elucidat până la sfârșitul anilor 1980.S-a descoperit că o mare parte a antibioticelor acționează prin legarea de ribozomii bacterieni pentru a-i împiedica să producă proteine ​​adecvate, ucigând astfel bacteriile.

De exemplu, antibioticele aminoglicozide se leagă de situsul A al ARNr 16S, care face parte din subunitatea ribozomului 30S, și apoi interferează cu sinteza proteinelor pentru a interfera cu creșterea bacteriilor, ducând în cele din urmă la moartea celulelor.Situl A se referă la situsul aminoacil, cunoscut și sub numele de situsul acceptor ARNt.Interacțiunea detaliată dintre medicamentele aminoglicozide, cum ar fiparomomicină, și site-ul A alE coliARN-ul este prezentat mai jos.

Figura 2. Interacțiunea dintre paromomicină și situsul A alE coliARN

Din păcate, mulți inhibitori ai situsului A, inclusiv medicamentele aminoglicozide, au probleme de siguranță, cum ar fi nefrotoxicitatea, ototoxicitatea dependentă de doză și ototoxicitatea ireversibilă specifică.Aceste toxicități sunt rezultatul lipsei de selectivitate a medicamentelor aminoglicozide pentru recunoașterea moleculelor mici de ARN.

După cum se arată în figura de mai jos: (a) structura bacteriilor, (b) membrana celulară umană și (c) situl A mitocondrial uman sunt foarte asemănătoare, făcând inhibitorii site-ului A să se lege de toate acestea.

Figura 3. Legarea neselectivă a inhibitorului de situs A

Antibioticele tetracicline inhibă, de asemenea, situl A al ARNr.Ele inhibă selectiv sinteza proteinelor bacteriene prin legarea reversibil de o regiune elicoidală (H34) pe subunitatea 30S complexată cu Mg²⁺.

Pe de altă parte, antibioticele macrolide se leagă în apropierea locului de ieșire (site-ul E) al tunelului ribozomic bacterian pentru peptidele în curs de dezvoltare (NPET) și îl blochează parțial, inhibând astfel sinteza proteinelor bacteriene.În cele din urmă, antibiotice oxazolidinone precumlinezolid(Zyvox) se leagă de o despicatură profundă din subunitatea ribozomală bacteriană 50S, care este înconjurată de nucleotide ARNr 23S.

Oligonucleotide antisens (ASO)

Medicamentele antisens sunt polimeri de acid nucleic modificați chimic care vizează ARN-ul.Ei se bazează pe împerecherea bazelor Watson-Crick pentru a se lega de ARNm-țintă, ceea ce duce la tăcere genică, blocare sterică sau modificare a splicing-ului.ASO-urile pot interacționa cu pre-ARN-urile din nucleul celulei și ARNm-urile mature din citoplasmă.Ele pot viza exonii, intronii și regiunile netraduse (UTR).Până în prezent, mai mult de o duzină de medicamente ASO au fost aprobate de FDA.

Figura 4. Tehnologia antisens

Medicamente cu molecule mici care vizează ARN

În 2015, Novartis a raportat că au descoperit un regulator de îmbinare SMN2 numit Branaplam, care îmbunătățește asocierea U1-pre-mARN și salvează șoarecii SMA.

Pe de altă parte, Risdiplam de la PTC/Roche (Evrysdi) a fost aprobat de FDA în 2020 pentru tratamentul SMA.La fel ca Branaplam, Risdiplam funcționează, de asemenea, prin reglarea splicing-ului genelor SMN2 relevante pentru a produce proteine ​​SMN funcționale.

Degradatoare de ARN

RBM reprezintă proteina motivului de legare a ARN.În esență, indol sulfonamida este un adeziv molecular.Acesta recrutează selectiv RBM39 la ligaza ubiquitin CRL4-DCAF15 E3, promovând poliubiquitinarea RBM39 și degradarea proteinei.Depleția genetică sau degradarea mediată de sulfonamidă a RBM39 induce anomalii semnificative de splicing la nivelul genomului, ducând în cele din urmă la moartea celulei.

ARN-PROTAC-urile sunt dezvoltate pentru a degrada proteinele de legare a ARN (RBP).PROTAC folosește un linker pentru a conecta ligandul E3 ligază la ligandul ARN, care se leagă de ARN și RBP.Deoarece RBP conține domenii structurale care se pot lega la secvențe de oligonucleotide specifice, ARN-PROTAC utilizează o secvență de oligonucleotide ca ligand pentru proteina de interes (POI).Rezultatul final este degradarea RBP-urilor.

Recent, profesorul Matthew Disney de la Scripps Institution of Oceanography a inventat ARN-ulhimere care vizează ribonuclează (RiboTAC).RiboTAC este o moleculă heterofuncțională care conectează un ligand RNază L și un ligand ARN cu un linker.Poate recruta în mod specific RNaza L endogene la ținte specifice de ARN și apoi poate elimina cu succes ARN-ul folosind mecanismul de descompunere a acidului nucleic celular (RNaza L).

Pe măsură ce cercetătorii învață mai multe despre interacțiunea dintre moleculele mici și țintele ARN, mai multe medicamente care folosesc această metodă vor apărea în viitor.