靶向RNA的小分子策略
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科技
2024-02-23 15:06
北京
近期发表在nature reviews chemistry上的名为“Small molecule approaches to targeting RNA”的综述讨论了靶向RNA的小分子结合物这一未被充分探索的化学空间，并举例总结了几种不同的靶向RNA的小分子策略，拓展了小分子与生物大分子相互作用的视野。![]()
第一批RNA结合剂在20世纪40年代初被发现，其中第一个氨基糖苷类链霉素，其抗菌活性是与原核核糖体RNA结合的结果，该结合诱导了细菌中蛋白质合成的损伤。随后，其他天然化合物被鉴定为具有抗菌性能的核糖体粘合剂。其中包括四环素类（如多西环素）、大环内酯类（如红霉素）和恶唑烷酮类（如利奈唑胺）。最近，美国食品药品监督管理局批准利司拉姆用于治疗脊髓性肌萎缩，这也突显了RNA靶向的治疗潜力。正是由于小分子在靶向干预RNA功能方面具有独特的优势，作者在本篇综述中展示了多种与RNA结合的小分子结构及其作用模式，并讨论了其结合、选择性和生物活性的重要分子特征，同时也介绍了为RNA结合物添加新功能的最新模式。作者首先指出，RNA结合小分子设计上的挑战包括：①RNA结构上带高度负电荷的主链，限制了相容结合的数量；②RNA仅有4种核碱基构成，对小分子的选择性造成了挑战；③难以预测小分子与RNA 结合后对RNA结构的影响。同时作者也指出，与小分子-蛋白相互作用不同，小分子-RNA相互作用种主要的作用力是Π-Π堆积作用和氢键，次要的作用力是疏水相互作用和弱氢键（CH-O）。![]()
首先介绍了阳离子类型的配体。对于此类配体，作者认为关键问题在于如何提升其对于靶RNA的选择性。此前的研究提出两类方式来增强选择性。第一种是利用配体与RNA上特定碱基的相互作用力来增强选择性，例如普唑米星除了能够与核糖体A位点相互作用外，其尾部的羟基氨基丁酸结构能够与附近的尿嘧啶碱基形成氢键从而提升其选择性。此外还有新霉素、巴龙霉素等，也是通过类似的方式来提升选择性。另一种是氨基糖苷类化合物，这类化合物通过碱基类似物与特定碱基形成氢键，从而提升其选择性。对于此类化合物，可以使用带正电的化合物接近RNA磷酸主链，同时与能够形成特定氢键或疏水相互作用的部分偶联以提高其选择性。![]()
文中其次介绍了能够靶向结合RNA二级或三级结构的小分子配体。作者按照发现方式将该类配体分为三类：理性设计、高通量筛选以及设计与筛选结合。首先是理性设计。通过对RNA二级和三级结构的深入理解，研究者们可以通过晶体结构等信息设计与RNA结合的小分子。例如二甲基阿米洛利及其衍生物、三氨基三嗪类化合物、吖啶与三氨基三嗪类化合物嵌合体及萘啶等。这类化合物能够模拟天然碱基配对的方式来影响RNA结构，使其错配或将配对碱基置换出来。他们能够实现与RNA的高选择性结合，甚至能够与特定核酸序列选择性结合。其次是高通量筛选的方法获得小分子配体。一项重要的研究中报道了一种结合了高通量测序与基于定向进化SELEX方法的小分子配体发现策略，依据该方法筛选得到了例如ribocil、ribocil D等小分子配体。最后是结合了理性设计与高通量筛选的方法。其中较为引人关注的是一种名叫InfoRNA的方法。该方法结合了二维组合筛选（2-DCS）和基于测序的构效关系分析算法（StARTS），能够通过统计学的算法预测RNA文库化合物的亲和力的选择性。利用此方法发现的一个经典化合物是苯并咪唑骨架及其衍生物，其中一个衍生物能够与pre-miR-210 的内部茎环5′-ACU-3′–3′-UCA-5′相互作用，抑制其向成熟miRNA转换的进程。![]()
最后作者介绍了RNA结合的新模型。不仅限于小分子与RNA的结合，利用结合来为实现对RNA的不同功能可以有效的拓宽小分子在基础研究和实际应用中的前景。首先作者介绍了一种名叫“Chem-CLIP”的策略来研究小分子的RNA靶标，可以通过“pull-down”和高通量测序的方式高效鉴定RNA结合分子的作用RNA序列，为开发靶向RNA的小分子药物提供了新的方法。其次作者介绍了三种不同的靶向降解RNA的策略，分别是Imidazole-Induced Cleavage，Bleomycin-induced Cleavage和RIBOTAC。这三种不同的策略均能够实现选择性的降解体内RNA。这些方法不仅在靶点验证研究中具有重要价值，而且在选择性不受影响时增加了实际生物效果方面的价值。总的来说，本文介绍了靶向结合RNA的小分子途径，通过对其结合方式、筛选方法和功能应用等方面的讨论，为药物化学家和化学生物学家以未来发展和创新所需的洞察力和理解力进入小分子RNA靶向领域进行研究开辟了思路。本文作者：LQL
