RNA分子与蛋白质类似，折叠成复杂的结构，在细胞中发挥多种功能。RNA与小分子结合为与RNA通路相关的疾病提供了新的治疗机会，从而创造了RNA结合小分子的治疗领域。近日，武汉大学台万一教授在JMC上发表了RNA结合小分子在药物发现的应用（doi：10.1021/acs.jmedchem.4c01330）
背景
高达85%的人类基因组可以广泛转录成RNA，这导致每个人类细胞中产生超过84千兆碱基的RNA产物。人类大约90%的转录输出是非编码RNA，在这些RNA中已经鉴定出一些小分子结合位点，例如miRNA加工位点、RNA剪接调控元件、病毒RNA的IRES位点等，这些位点使小分子能够结合从而调节RNA的生物学功能。小分子RNA降解剂见之前的文章《小分子RNA降解剂药物的发展》。
小分子RNA治疗药物
核糖体结合剂
核糖体是细胞参与蛋白质合成的主要成分，由蛋白质和rRNA组成，其中rRNA占据主要功能位点。细菌核糖体70S由两个较小的亚基（50S和30S）组装而成，由三种rRNA（5S、23S、16S）和约52种核糖体蛋白组成。rRNA确保mRNA和tRNA与核糖体的正确排列，并在蛋白质合成过程中催化肽键的形成。核糖体靶向抗生素通过直接与rRNA相互作用并抑制翻译功能发挥作用，例如氨基糖苷类抗生素是靶向16S rRNA解码区并在蛋白质合成过程中诱发错误编码的抗生素。此类抗生素包括天然产物（例如链霉素、新霉素和巴龙霉素）和半合成衍生物（例如 Plazomicin），它们具有相似的作用机制。四环素通过与16SrRNA结合来抑制细菌翻译。四环素在空间上阻断氨酰基tRNA进入mRNA核糖体复合物，导致翻译停止。大环内酯类（例如红霉素、螺旋霉素等）可以与新生肽出口通道中的23S rRNA结合并抑制蛋白质合成。一些合成抗生素可以靶向核糖体上的特定位点。例如，利奈唑胺和Eperezolid通过与23S rRNA中的肽基转移酶中心结合来抑制细菌核糖体的翻译。值得注意的是，合成抗生素的设计包含胺基，这些胺基可以与带负电的RNA骨架相互作用，天然核糖体结合剂也具有这个特征。
核糖开关配体
核糖开关是mRNA中常见的基序，控制基因的翻译。在细菌中，核糖开关对内源性代谢物配体（如氨基酸、维生素和 FMN）有特异性反应，以调控基因表达。合成小分子可以模拟这些配体的作用并控制靶基因的表达。例如，玫瑰黄素是FMN和核黄素的化学类似物，设计与细菌FMN核糖开关结合，表现出抗菌活性。默克公司的报道了另一种结构不同的化合物Ribocil，它以FMN核糖开关为靶点，KD值为25.6 nM。进一步的SAR研究发现Ribocil C是最有效的核糖开关配体，表现出广谱抗菌活性。晶体结构研究表明，Ribocil竞争性地结合不同于内源性FMN位点的核糖开关位点。
剪接调节剂
SMA是一种由生存运动神经元(SMN)1基因突变引起的遗传性疾病，随后导致pre-mRNA剪接模式改变，脊髓中SMN蛋白表达水平降低。促进SMN2剪接为全长mRNA被证明是一种有效的治疗策略，如FDA批准的反义寡核苷酸药物Nusinersen。口服生物利用的小分子RG7800与SMN2的pre-mRNA结合并能调节剪接模式。NMR显示，该化合物与外显子7−内含子连接处的腺苷凸起结合，充当U1-snRNP/pre-mRNA复合物的稳定剂。剪接体复合物的稳定化促进了外显子的产生了全长mRNA的剪接。RG7800的SAR研究发现了Risdiplam， 这是FDA批准用于治疗SMA的首个RNA结合小分子。Branaplam是另一种调节SMN2 pre-RNA剪接模式的小分子。Branaplam以类似于Bisdiplam的方式增强全长SMN2 mRNA的剪接，但与外显子7末端的GA序列相互作用，并充当分子胶来稳定U1 snRNP和SMN2外显子7形成的瞬时dsRNA结构。
翻译控制剂
翻译控制是癌细胞调控致癌基因表达、促进肿瘤发生的重要策略。癌细胞对其调控是多方面的，包括无义突变、翻译因子过表达以及翻译相关信号通路的改变。UTR区域决定了内在翻译效率，并参与这些过程。5′UTR中的一些序列和结构基序作为结构调控元件，往往在致癌mRNA中过度表达，从而在正常细胞中严格调控其翻译，这个现象已在许多致癌基因和生存因子中发现，包括受体酪氨酸激酶(RTK)、KRAS、细胞周期蛋白D、CDK4/6和MYC。Zotatifin(eFT226)是一种来自天然产物Rocaglamide的RNA结合小分子。Zotatifin引发通过抑制在5′UTR处含有多嘌呤基序的致癌mRNA的翻译，发挥强大的抗肿瘤活性。它下调癌蛋白的翻译，并在多种实体瘤模型中表现出强大的抗肿瘤活性。分子建模研究表明，Zotatifin可以通过范德华力和π堆积同时与eIF4A和RNA基序结合，充当RNA蛋白质界面胶，阻断起始密码子AUG的43S启动前扫描，从而导致选择性翻译抑制。作为乳腺癌和非小细胞肺癌的单一疗法或联合疗法，目前正处于2a期临床试验评估阶段。SRI-41315是另一种分子胶，从771345种化合物中筛选出来，它可以通过eRF1稳定真核核糖体，引发eRF1降解，随后在近同源终止密码子处终止翻译。
结论
RNA结合小分子领域尚处于起步阶段，考虑到细胞中RNA的千兆碱基序列和无数结构，小分子前导物可能结合多个位点并同时识别多个RNA靶标，最终可能导致脱靶毒性。与此同时，RNA结合小分子在基因治疗中的潜力不容忽视，需要进一步研究。
参考文献doi：10.1021/acs.jmedchem.4c01330
"本公众号发布内容重在分享，仅代表作者个人观点，如涉及侵权，请联系公众号助手我们将第一时间删除，谢谢!"
关注新药新发现，了解最新药物进展：
