วัคซีน mRNA ของไฟเซอร์สำหรับโควิดได้จุดประกายความหลงใหลในการใช้กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) เป็นเป้าหมายในการรักษาโรคอย่างไรก็ตาม การกำหนดเป้าหมาย RNA ด้วยโมเลกุลขนาดเล็กนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่ง

RNA มีเพียงสี่องค์ประกอบหลักเท่านั้น: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) และ uracil (U) ซึ่งแทนที่ thymine (T) ที่พบใน DNAสิ่งนี้ทำให้การคัดเลือกยาเป็นอุปสรรคที่แทบจะผ่านไม่ได้ในทางตรงกันข้าม มีกรดอะมิโนธรรมชาติ 22 ชนิดที่สร้างโปรตีน ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมยาที่มุ่งเป้าไปที่โปรตีนส่วนใหญ่จึงมีการคัดเลือกที่ค่อนข้างดี

โครงสร้างและหน้าที่ของ RNA

เช่นเดียวกับโปรตีน โมเลกุล RNA มีโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิดังแสดงในรูปด้านล่างแม้ว่าพวกมันจะเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่แบบสายเดี่ยว แต่โครงสร้างรองของพวกมันจะมีรูปร่างเมื่อการจับคู่เบสทำให้เกิดส่วนนูน ลูป และเอนริเก้จากนั้น การพับสามมิติจะนำไปสู่โครงสร้างระดับตติยภูมิของ RNA ซึ่งจำเป็นต่อความเสถียรและการทำงานของมัน

รูปที่ 1 โครงสร้างของ RNA

RNA มีสามประเภท:

• เมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ (mRNA)ถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA และถ่ายโอนเป็นลำดับเบสไปยังไรโบโซมล
• ไรโบโซม อาร์เอ็นเอ (rRNA)เป็นส่วนหนึ่งของออร์แกเนลล์สังเคราะห์โปรตีนที่เรียกว่าไรโบโซม ซึ่งจะถูกส่งออกไปยังไซโตพลาสซึมและช่วยแปลข้อมูลใน mRNA เป็นโปรตีน
• โอนอาร์เอ็นเอ (tRNA)เป็นตัวเชื่อมระหว่าง mRNA และสายโซ่กรดอะมิโนที่ประกอบกันเป็นโปรตีน

การกำหนดเป้าหมาย RNA เป็นเป้าหมายในการรักษานั้นน่าสนใจมากพบว่าจีโนมของเรามีเพียง 1.5% เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นโปรตีนในท้ายที่สุด ในขณะที่ 70%-90% ถูกแปลงเป็น RNAโมเลกุล RNA มีความสำคัญที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดตาม "ความเชื่อหลัก" ของ Francis Crick บทบาทที่สำคัญที่สุดของ RNA คือการแปลข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปเป็นโปรตีนนอกจากนี้ โมเลกุล RNA ยังมีหน้าที่อื่นๆ อีก ได้แก่

• ทำหน้าที่เป็นตัวแปลงโมเลกุลในการสังเคราะห์โปรตีนล
• ทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารระหว่าง DNA และไรโบโซมล
• พวกมันเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมดล
• ส่งเสริมการเลือกกรดอะมิโนที่ถูกต้องของไรโบโซม ซึ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนใหม่ในร่างกาย.

ยาปฏิชีวนะ

แม้จะถูกค้นพบตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1940 แต่กลไกการออกฤทธิ์ของยาปฏิชีวนะหลายชนิดก็ยังไม่ได้รับการอธิบายจนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษที่ 1980พบว่ายาปฏิชีวนะส่วนใหญ่ออกฤทธิ์โดยจับกับไรโบโซมของแบคทีเรียเพื่อป้องกันไม่ให้สร้างโปรตีนที่เหมาะสม ซึ่งจะเป็นการฆ่าแบคทีเรีย

ตัวอย่างเช่น ยาปฏิชีวนะอะมิโนไกลโคไซด์จับกับ A-site ของ 16S rRNA ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหน่วยย่อยไรโบโซม 30S แล้วรบกวนการสังเคราะห์โปรตีนเพื่อขัดขวางการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ในที่สุดไซต์ A หมายถึงไซต์ aminoacyl หรือที่เรียกว่าไซต์ตัวรับ tRNAปฏิสัมพันธ์โดยละเอียดระหว่างยา aminoglycoside เช่นพาโรโมมัยซินและเอไซต์ของเชื้ออีโคไลRNA แสดงไว้ด้านล่าง

รูปที่ 2 ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพาโรโมมัยซินและเอ-ไซต์ของเชื้ออีโคไลอาร์เอ็นเอ

น่าเสียดายที่สารยับยั้ง A-site จำนวนมาก รวมถึงยา aminoglycoside มีปัญหาด้านความปลอดภัย เช่น ความเป็นพิษต่อไต การขึ้นกับขนาดยา และความเป็นพิษต่อ ototoxic ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ความเป็นพิษเหล่านี้เป็นผลมาจากการขาดการคัดเลือกในยาอะมิโนไกลโคไซด์สำหรับการจดจำโมเลกุลขนาดเล็กของ RNA

ดังแสดงในรูปด้านล่าง (a) โครงสร้างของแบคทีเรีย (b) เยื่อหุ้มเซลล์ของมนุษย์ และ (c) A-site ของไมโทคอนเดรียของมนุษย์นั้นคล้ายคลึงกันมาก ทำให้ A-site inhibitors จับกับพวกมันทั้งหมด

รูปที่ 3 การจับตัวยับยั้ง A-site แบบไม่เลือก

ยาปฏิชีวนะ Tetracycline ยังยับยั้ง A-site ของ rRNAพวกเขาเลือกยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนของแบคทีเรียโดยการจับกับบริเวณขดลวด (H34) แบบย้อนกลับได้บนหน่วยย่อย 30S ที่ซับซ้อนด้วย Mg²⁺.

ในทางกลับกัน ยาปฏิชีวนะ macrolide จับใกล้กับบริเวณทางออก (E-site) ของอุโมงค์ไรโบโซมของแบคทีเรียสำหรับเปปไทด์ตั้งไข่ (NPET) และปิดกั้นบางส่วน ดังนั้นจึงยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนของแบคทีเรียในที่สุด ยาปฏิชีวนะ oxazolidinone เช่นไลน์โซลิด(Zyvox) จับกับรอยแยกลึกในหน่วยย่อยไรโบโซมของแบคทีเรีย 50S ซึ่งล้อมรอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 23S rRNA

แอนติเซนส์ โอลิโกนิวคลีโอไทด์ (ASO)

ยาแอนติเซนส์คือโพลิเมอร์ของกรดนิวคลีอิกที่ดัดแปลงทางเคมีซึ่งมีเป้าหมายที่ RNAพวกเขาพึ่งพาการจับคู่เบสของวัตสัน-คริกเพื่อจับกับ mRNA เป้าหมาย ส่งผลให้ยีนเงียบ การปิดล้อมแบบสเตอริก หรือการเปลี่ยนแปลงแบบประกบกันASO สามารถโต้ตอบกับพรีอาร์เอ็นเอในนิวเคลียสของเซลล์และ mRNA ที่โตเต็มที่ในไซโตพลาสซึมพวกเขาสามารถกำหนดเป้าหมาย exons, introns และ untranslate region (UTRs)จนถึงปัจจุบัน ยา ASO มากกว่าโหลได้รับการอนุมัติจากองค์การอาหารและยา

รูปที่ 4 เทคโนโลยี Antisense

ยาโมเลกุลเล็กที่กำหนดเป้าหมายเป็น RNA

ในปี 2558 โนวาร์ทิสรายงานว่าพวกเขาได้ค้นพบตัวควบคุมการประกบ SMN2 ที่เรียกว่า Branaplam ซึ่งช่วยเพิ่มการเชื่อมโยงของ U1-pre-mRNA และช่วยชีวิตหนู SMA

ในทางกลับกัน Risdiplam (Evrysdi) ของ PTC/Roche ได้รับการอนุมัติจาก FDA ในปี 2020 สำหรับการรักษา SMAเช่นเดียวกับ Branaplam ริสดิพแลมยังทำงานโดยควบคุมการประกบกันของยีน SMN2 ที่เกี่ยวข้องเพื่อผลิตโปรตีน SMN ที่ทำงานได้

ตัวย่อยสลาย RNA

RBM ย่อมาจากโปรตีน motif ที่จับกับ RNAโดยพื้นฐานแล้ว อินโดลซัลโฟนาไมด์เป็นกาวระดับโมเลกุลโดยคัดเลือก RBM39 เข้ากับ CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin ligase ส่งเสริม RBM39 polyubiquitination และการย่อยสลายโปรตีนการลดลงทางพันธุกรรมหรือการสลายตัวของ RBM39 ที่มีซัลโฟนาไมด์เป็นสื่อกลางทำให้เกิดความผิดปกติของการประกบทั่วทั้งจีโนมที่มีนัยสำคัญ ซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ในที่สุด

RNA-PROTACs ได้รับการพัฒนาเพื่อย่อยสลายโปรตีนที่จับกับ RNA (RBPs)PROTAC ใช้ตัวเชื่อมโยงเพื่อเชื่อมต่อลิแกนด์ E3 ligase กับลิแกนด์ RNA ซึ่งจับกับ RNA และ RBPเนื่องจาก RBP มีโดเมนโครงสร้างที่สามารถจับกับลำดับโอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่จำเพาะ RNA-PROTAC จึงใช้ลำดับโอลิโกนิวคลีโอไทด์เป็นลิแกนด์สำหรับโปรตีนที่น่าสนใจ (POI)ผลลัพธ์สุดท้ายคือการสลายตัวของ RBP

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ศาสตราจารย์แมทธิว ดิสนีย์ แห่งสถาบันสมุทรศาสตร์สคริปส์ ได้คิดค้นอาร์เอ็นเอความฝันที่กำหนดเป้าหมายของไรโบนิวคลีเอส (RiboTACs).RiboTAC เป็นโมเลกุลเฮเทอโรฟังก์ชันที่เชื่อมต่อลิแกนด์ RNase L และลิแกนด์ RNA ด้วยตัวเชื่อมโยงโดยสามารถรับ RNase L จากภายนอกไปยังเป้าหมาย RNA ที่เฉพาะเจาะจง จากนั้นกำจัด RNA ได้สำเร็จโดยใช้กลไกการสลายกรดนิวคลีอิกของเซลล์ (RNase L)

เมื่อนักวิจัยเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลขนาดเล็กและเป้าหมายของ RNA จะมียาจำนวนมากขึ้นที่ใช้วิธีนี้ในอนาคต