Vaksin mRNA Pfizer untuk COVID telah menghidupkan kembali semangat untuk menggunakan asam ribonukleat (RNA) sebagai target terapi.Namun, menargetkan RNA dengan molekul kecil sangat menantang.

RNA hanya memiliki empat blok bangunan: adenin (A), sitosin (C), guanin (G), dan urasil (U) yang menggantikan timin (T) yang ditemukan dalam DNA.Hal ini membuat selektivitas obat menjadi kendala yang hampir tidak dapat diatasi.Sebaliknya, ada 22 asam amino alami yang menyusun protein, yang menjelaskan mengapa sebagian besar obat penargetan protein memiliki selektivitas yang relatif baik.

Struktur dan fungsi RNA

Seperti protein, molekul RNA memiliki struktur sekunder dan tersier, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.Meskipun mereka adalah makromolekul rantai tunggal, struktur sekundernya terbentuk ketika pasangan basa menyebabkan tonjolan, putaran, dan heliks.Kemudian, pelipatan tiga dimensi mengarah ke struktur tersier RNA, yang penting untuk stabilitas dan fungsinya.

Gambar 1. Struktur RNA

Ada tiga jenis RNA:

• Utusan RNA (mRNA)mentranskripsi informasi genetik dari DNA dan ditransfer sebagai urutan dasar ke ribosom;l
• RNA ribosom (rRNA)adalah bagian dari organel pensintesis protein yang disebut ribosom, yang diekspor ke sitoplasma dan membantu menerjemahkan informasi dalam mRNA menjadi protein;
• Transfer RNA (tRNA)adalah penghubung antara mRNA dan rantai asam amino yang membentuk protein.

Menargetkan RNA sebagai target terapi sangat menarik.Telah ditemukan bahwa hanya 1,5% dari genom kita yang akhirnya diterjemahkan menjadi protein, sedangkan 70%-90% ditranskripsi menjadi RNA.Molekul RNA adalah yang paling penting untuk semua organisme hidup.Menurut "dogma sentral" Francis Crick, peran paling penting dari RNA adalah menerjemahkan informasi genetik dari DNA menjadi protein.Selain itu, molekul RNA juga memiliki fungsi lain, antara lain:

• Bertindak sebagai molekul adaptor dalam sintesis protein;l
• Melayani sebagai pembawa pesan antara DNA dan ribosom;l
• Mereka adalah pembawa informasi genetik di semua sel hidup;l
• Mempromosikan pemilihan ribosom dari asam amino yang benar, yang diperlukan untuk mensintesis protein baruin vivo.

Antibiotik

Meskipun ditemukan sejak tahun 1940-an, mekanisme kerja banyak antibiotik tidak dijelaskan hingga akhir 1980-an.Ditemukan bahwa sebagian besar antibiotik bertindak dengan mengikat ribosom bakteri untuk mencegahnya membuat protein yang sesuai, sehingga membunuh bakteri.

Misalnya, antibiotik aminoglikosida berikatan dengan situs-A 16S rRNA, yang merupakan bagian dari subunit ribosom 30S, dan kemudian mengganggu sintesis protein untuk mengganggu pertumbuhan bakteri, yang pada akhirnya menyebabkan kematian sel.Situs A mengacu pada situs aminoasil, juga dikenal sebagai situs akseptor tRNA.Interaksi rinci antara obat aminoglikosida, sepertiparomomycin, dan situs-A dariE.coliRNA ditunjukkan di bawah ini.

Gambar 2. Interaksi antara paromomycin dan A-site ofE.coliRNA

Sayangnya, banyak A-site inhibitor, termasuk obat aminoglikosida, memiliki masalah keamanan seperti nefrotoksisitas, ketergantungan dosis, dan ototoksisitas ireversibel spesifik.Toksisitas ini adalah hasil dari kurangnya selektivitas obat aminoglikosida untuk mengenali molekul kecil RNA.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini: (a) struktur bakteri, (b) membran sel manusia, dan (c) situs A mitokondria manusia sangat mirip, membuat penghambat situs A mengikat semuanya.

Gambar 3. Pengikatan A-site inhibitor non-selektif

Antibiotik tetrasiklin juga menghambat situs-A rRNA.Mereka secara selektif menghambat sintesis protein bakteri dengan mengikat secara reversibel ke daerah heliks (H34) pada subunit 30S yang dikomplekskan dengan Mg²⁺.

Di sisi lain, antibiotik makrolida mengikat di dekat situs keluar (situs-E) dari terowongan ribosom bakteri untuk nascent peptides (NPET) dan sebagian memblokirnya, sehingga menghambat sintesis protein bakteri.Terakhir, antibiotik oxazolidinone sepertilinezolid(Zyvox) berikatan dengan celah yang dalam di subunit ribosom 50S bakteri, yang dikelilingi oleh nukleotida 23S rRNA.

Antisense oligonukleotida (ASO)

Obat antisense adalah polimer asam nukleat yang dimodifikasi secara kimia yang menargetkan RNA.Mereka mengandalkan pasangan basa Watson-Crick untuk berikatan dengan mRNA target, menghasilkan pembungkaman gen, blokade sterik, atau perubahan splicing.ASO dapat berinteraksi dengan pra-RNA di inti sel dan mRNA matang di sitoplasma.Mereka dapat menargetkan ekson, intron, dan wilayah yang tidak diterjemahkan (UTR).Hingga saat ini, lebih dari selusin obat ASO telah disetujui oleh FDA.

Gambar 4. Teknologi Antisense

Obat molekul kecil yang menargetkan RNA

Pada 2015, Novartis melaporkan bahwa mereka telah menemukan regulator splicing SMN2 yang disebut Branaplam, yang meningkatkan asosiasi pra-mRNA U1 dan menyelamatkan tikus SMA.

Di sisi lain, Risdiplam (Evrysdi) PTC/Roche telah disetujui oleh FDA pada tahun 2020 untuk pengobatan SMA.Seperti Branaplam, Risdiplam juga bekerja dengan mengatur penyambungan gen SMN2 yang relevan untuk menghasilkan protein SMN fungsional.

Degrader RNA

RBM adalah singkatan dari protein motif pengikat RNA.Pada dasarnya, indole sulfonamide adalah perekat molekuler.Ini secara selektif merekrut RBM39 ke ligase ubiquitin CRL4-DCAF15 E3, mempromosikan poliubiquitinasi RBM39 dan degradasi protein.Penipisan genetik atau degradasi RBM39 yang dimediasi sulfonamida menginduksi kelainan splicing lebar genom yang signifikan, yang pada akhirnya menyebabkan kematian sel.

RNA-PROTAC dikembangkan untuk menurunkan protein pengikat RNA (RBP).PROTAC menggunakan penghubung untuk menghubungkan ligan ligase E3 ke ligan RNA, yang berikatan dengan RNA dan RBP.Karena RBP mengandung domain struktural yang dapat mengikat urutan oligonukleotida spesifik, RNA-PROTAC menggunakan urutan oligonukleotida sebagai ligan untuk protein yang diminati (POI).Hasil akhirnya adalah degradasi RBP.

Baru-baru ini, Profesor Matthew Disney dari Scripps Institution of Oceanography menemukan RNAchimera penargetan ribonuklease (RiboTACs).RiboTAC adalah molekul heterofungsional yang menghubungkan ligan RNase L dan ligan RNA dengan penghubung.Ini dapat secara khusus merekrut RNase L endogen ke target RNA tertentu, dan kemudian berhasil menghilangkan RNA menggunakan mekanisme pemecahan asam nukleat seluler (RNase L).

Ketika para peneliti mempelajari lebih banyak tentang interaksi antara molekul kecil dan target RNA, lebih banyak obat yang menggunakan metode ini akan muncul di masa depan.