화이자의 COVID용 mRNA 백신은 리보핵산(RNA)을 치료 표적으로 사용하려는 열정을 다시 불붙였습니다.그러나 작은 분자로 RNA를 표적화하는 것은 매우 어렵습니다.

RNA는 DNA에서 발견되는 티민(T)을 대체하는 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G) 및 우라실(U)의 네 가지 빌딩 블록만 가지고 있습니다.이것은 약물 선택성을 거의 극복할 수 없는 장애물로 만듭니다.대조적으로, 단백질을 구성하는 22개의 천연 아미노산이 있으며, 이는 대부분의 단백질 표적 약물이 상대적으로 좋은 선택성을 갖는 이유를 설명합니다.

RNA의 구조와 기능

단백질과 마찬가지로 RNA 분자는 아래 그림과 같이 2차 및 3차 구조를 가지고 있습니다.이들은 단일 사슬 거대분자이지만 염기 쌍이 팽창, 루프 및 나선을 일으킬 때 2차 구조가 형성됩니다.그런 다음 3차원 접힘은 RNA의 안정성과 기능에 필수적인 3차 구조로 이어집니다.

그림 1. RNA의 구조

RNA에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 메신저 RNA(mRNA)DNA에서 유전 정보를 전사하고 기본 서열로 리보솜에 전달됩니다.엘
• 리보솜 RNA(rRNA)리보솜이라고 하는 단백질 합성 세포 소기관의 일부이며 세포질로 내보내지고 mRNA의 정보를 단백질로 변환하는 데 도움을 줍니다.
• 트랜스퍼 RNA(tRNA)mRNA와 단백질을 구성하는 아미노산 사슬 사이의 연결 고리입니다.

RNA를 치료 표적으로 표적화하는 것은 매우 매력적입니다.우리 게놈의 1.5%만이 궁극적으로 단백질로 번역되는 반면 70%-90%는 RNA로 전사되는 것으로 밝혀졌습니다.RNA 분자는 모든 살아있는 유기체에게 가장 중요합니다.Francis Crick의 "센트럴 도그마"에 따르면 RNA의 가장 중요한 역할은 DNA의 유전 정보를 단백질로 번역하는 것입니다.게다가 RNA 분자에는 다음과 같은 다른 기능도 있습니다.

• 단백질 합성에서 어댑터 분자로 작용;엘
• DNA와 리보솜 사이의 메신저 역할;엘
• 그들은 모든 살아있는 세포에서 유전 정보의 운반자입니다.엘
• 새로운 단백질 합성에 필요한 올바른 아미노산의 리보솜 선택 촉진생체 내.

항생제

1940년대 초반에 발견되었음에도 불구하고 많은 항생제의 작용 메커니즘은 1980년대 후반까지 해명되지 않았습니다.많은 양의 항생제가 박테리아의 리보솜에 결합하여 적절한 단백질을 만드는 것을 방지하여 박테리아를 죽이는 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다.

예를 들어, 아미노글리코사이드 항생제는 30S 리보솜 소단위체의 일부인 16S rRNA의 A-사이트에 결합한 다음 단백질 합성을 방해하여 박테리아의 성장을 방해하여 궁극적으로 세포 사멸을 초래합니다.A 사이트는 tRNA 수용체 사이트로도 알려진 아미노아실 사이트를 의미합니다.다음과 같은 아미노글리코사이드 약물 간의 상세한 상호 작용파로모마이신, 그리고 A 사이트의대장균RNA는 아래와 같습니다.

그림 2. paromomycin과 A-site 사이의 상호작용대장균RNA

불행하게도, 아미노글리코사이드 약물을 포함한 많은 A-사이트 억제제는 신독성, 용량 의존적, 특정 비가역적 이독성과 같은 안전성 문제를 가지고 있습니다.이러한 독성은 RNA 소분자를 인식하기 위한 아미노글리코사이드 약물의 선택성이 결여된 결과입니다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 (a) 박테리아의 구조, (b) 인간 세포막, (c) 인간 미토콘드리아 A-사이트는 매우 유사하여 A-사이트 억제제가 이들 모두에 결합합니다.

그림 3. 비선택적 A 사이트 억제제 결합

Tetracycline 항생제는 또한 rRNA의 A 사이트를 억제합니다.이들은 Mg와 복합체를 형성한 30S 소단위체의 나선형 영역(H34)에 가역적으로 결합하여 박테리아 단백질 합성을 선택적으로 억제합니다.²⁺.

한편, 마크로라이드계 항생제는 세균의 NPET(Bacterial Ribosome Tunnel for Nascent Peptide)의 출구 부위(E-site) 부근에 결합하여 부분적으로 차단하여 세균의 단백질 합성을 저해한다.마지막으로, 다음과 같은 옥사졸리디논 항생제리네졸리드(Zyvox)는 23S rRNA 뉴클레오티드로 둘러싸인 박테리아 50S 리보솜 소단위의 깊은 갈라진 틈에 결합합니다.

안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO)

안티센스 약물은 RNA를 표적으로 하는 화학적으로 변형된 핵산 폴리머입니다.이들은 왓슨-크릭(Watson-Crick) 염기쌍에 의존하여 표적 mRNA에 결합하여 유전자 침묵, 입체 차단 또는 스플라이싱 변경을 초래합니다.ASO는 세포핵의 pre-RNA 및 세포질의 성숙한 mRNA와 상호작용할 수 있습니다.이들은 엑손, 인트론 및 번역되지 않은 영역(UTR)을 표적으로 삼을 수 있습니다.현재까지 12개 이상의 ASO 약물이 FDA의 승인을 받았습니다.

그림 4. 안티센스 기술

RNA를 표적으로 하는 저분자 약물

2015년 Novartis는 U1-pre-mRNA의 결합을 강화하고 SMA 마우스를 구출하는 Branaplam이라는 SMN2 스플라이싱 조절기를 발견했다고 보고했습니다.

한편, PTC/로슈의 Risdiplam(Evrysdi)은 SMA 치료제로 2020년 FDA의 승인을 받았다.Branaplam과 마찬가지로 Risdiplam도 관련 SMN2 유전자의 스플라이싱을 조절하여 기능성 SMN 단백질을 생성합니다.

RNA 분해기

RBM은 RNA 결합 모티프 단백질을 의미합니다.기본적으로 인돌 설폰아미드는 분자 접착제입니다.이것은 RBM39를 CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin ligase에 선택적으로 모집하여 RBM39 폴리유비퀴틴화 및 단백질 분해를 촉진합니다.RBM39의 유전적 고갈 또는 술폰아미드 매개 분해는 상당한 게놈 차원의 스플라이싱 이상을 유발하여 궁극적으로 세포 사멸을 초래합니다.

RNA-PROTAC은 RNA 결합 단백질(RBP)을 분해하기 위해 개발되었습니다.PROTAC은 링커를 사용하여 E3 ligase 리간드를 RNA 및 RBP에 결합하는 RNA 리간드에 연결합니다.RBP에는 특정 올리고뉴클레오티드 서열에 결합할 수 있는 구조적 도메인이 포함되어 있기 때문에 RNA-PROTAC은 관심 단백질(POI)의 리간드로 올리고뉴클레오티드 서열을 사용합니다.최종 결과는 RBP의 저하입니다.

최근에 스크립스 해양학 연구소의 매튜 디즈니 교수가 RNA를 발명했습니다.리보뉴클레아제 표적 키메라(RiboTAC).RiboTAC은 RNase L 리간드와 RNA 리간드를 링커로 연결하는 이종 기능 분자입니다.내인성 RNase L을 특정 RNA 표적에 구체적으로 모집한 다음 세포 핵산 분해 메커니즘(RNase L)을 사용하여 RNA를 성공적으로 제거할 수 있습니다.

연구자들이 소분자와 RNA 표적 사이의 상호 작용에 대해 더 많이 알게 됨에 따라 이 방법을 사용하는 더 많은 약물이 미래에 등장할 것입니다.