用药RNA

如今大多数药物规定目标蛋白质和药物化学家已经建立了数十年的专业设计。但是有一小部分重要的药物分子,目标RNA。的第一个双盲临床试验1946年是为链霉素,抗生素的目标细菌的RNA。”了人有肺结核的的疗养院化学家说,马修·迪斯尼来自斯克里普斯研究在佛罗里达,我们。今天,RNA-targeting药物再次提上议事日程,现在也在寻找人类RNA的目标。寡核苷酸药物是主要的方式,但现在化学家也追求小分子方法,RNA治疗开辟新的途径。

原本简单的模型的DNA转录的RNA翻译成蛋白质已经被一个更复杂的RNA在生物学中所扮演的角色的理解。几种类型的非编码形式产生调节基因的表达,这提供了一个新的药物靶点的多重性,事实上超过可用的目标蛋白质。”RNA是所有生物的上游詹妮弗·皮特说,首席科学官Arrakis疗法在马萨诸塞州,我们。这是一个有吸引力的目标:“然后你有机会去毕竟疾病。”

”在过去的几百年我们一直很关注蛋白质,”培特说。有真的没有那么多的工作(RNA)。这部分是由于难以阐明RNA分子的结构设计的药物可以绑定到它。F或蛋白质,你经常有晶体结构,年代o基于结构的设计是可行的,”大学的化学家玛丽亚Duca解释说在法国蔚蓝海岸。”RNA,通常你没有,因为结构不稳定。”

单引号或双吗?

测序技术的进步导致了不同的方法。在过去的几十年里,RNA治疗开发主要涉及与RNA寡核苷酸——本身成为一个药物分子。发展了在2000年代早期,大量的投资,但直到最近进展缓慢。现在的领域似乎回到正轨至少有431 RNA-targeting药物开发项目,和九个寡核苷酸药物经FDA批准。

主要有两种方法,第一是反义寡核苷酸(麻生太郎),它使用一个单链的RNA,补充到目标信使RNA分子,以类似的方式的自然过程微RNA分子的功能。通过碱基配对,RNA是无法被翻译和分子最终会被核酸酶,显示目标基因。另一种方法利用RNA干扰(RNAi)的途径。Alnylam制药、成立于2002年,已经使用RNAi的先驱,已经实现了前三个疗法基于这种机制。

RNAi是一种生物机制设计来调节基因的表达,使用小型干扰RNA (siRNA) -双链非编码RNA分子。“我t是一个令人难以置信的机制克劳斯斯说,研究副总裁。双链RNA分子被加载到一个复杂的蛋白质称为Risc (RNA-induced沉默复杂)解除和一个链,反义链,保留。互补的信使RNA的Risc扫描,这注定和退化。如果核药物分子可以传递到细胞,他们还可以利用这一自然机制和Risc的催化性质意味着,一旦加载,的siRNA可以留在那里和功能好几个月了。

交付,交付,交付

虽然有持续的发展ASOs和RNAi药物,根据玛丽Lindholm siRNA药物有一些优势,目前沉默疗法的分子设计主管,总部设在伦敦,英国。”因为它是双链(RNA),它也是相当大的,我无意中t不能进入细胞”。此外,双链RNA比单链天生更稳定,因为大多数只核酸酶降解单链RNA。但所有这些优势是毫无意义的,如果药物不能进入细胞。

我们只有三个问题,他们交付,交付,交付

”我记得非常生动地我们的CEOJohnMaraganore,2003年进入会议,”斯回忆说,“一个和他赛d“我们只有三个问题,他们交付,交付,交货”。”One of the first approaches was to encapsulate siRNAs in lipid nanoparticles. ‘It worked well for some indications, but it didn’t work equally well for everything,’ says Lindholm.

由Alnylam现在广泛使用的另一种方法是运输siRNAs通过接合N-acetylgalactosamine (GalNAc),一个氨基糖半乳糖的导数,inter-cellular通信所必需的。GalNAc三聚物的结合对肝细胞细胞受体主要发现,这使得共轭进入细胞,在那里的一小部分药物会释放到细胞质Risc加载。当然,这种方法仅限于肝脏中发现的蛋白质,但斯解释说,“波60%的分泌蛋白质是他制造的patocytes(肝细胞),(所以)你有一个高的机会找到(rna相关)许多疾病在那里”。

但RNA分子需要进一步的化学修饰。“我我们把两条线的常规的RNA…他们可能会退化,失去了在不到半个小时说,Lindholm。也有风险,免疫系统将承认RNA是外国和触发响应造成不必要的副作用。一个修改,由化学家在Alnylam设计,是将交替氟或甲氧基组的核糖糖2′位置。不he哦组你在这个位置可以吗(使)水解,”斯说。”通过替换t他与2′氟原子你得到高的代谢稳定性”。替换沿着RNA分子的精确定位是该公司没有透露,不过。

另一个修改,也用于单链ASOs,是取代RNA的与phosphorothioates phospho-diester联系每个RNA链的极端情况——基本上取代non-bridging氧原子的硫磺。不嘿,更难交货o诊断ce一个ses(通过把核苷酸酶工作一次)要跳过,一个nd增加(药物)活动说,Lindholm。沉默已经开始添加两个硫原子,以防止一个手性中心的形成,所以最终他们不与多个同分异构体合成后净化。“使识别和隔离容易得多,”她解释道,并保持其生物活性的分子。

小分子返回

但寡核苷酸不再是唯一的游戏。药用化学家在化学生物学在同事的帮助下,开始寻找能够药物小分子RNA的目标。这种方法的优点是口服交付和bio-availability小分子。感知困难一直夸大培特称,其Arrakis疗法也加入了亨特。”我认为有一些关于RNA的偏见,因为它比平均动态蛋白质在街上。Y你必须愿意的花,发现分子摔跤RNA在地上,”她说。

2020年批准的第一个新一代的RNA针对小分子药物。药物risdiplam(出售Evrysdi)是由罗氏公司和生物技术公司PTC疗法治疗脊髓性肌萎缩(SMA)的遗传条件逐步破坏运动神经元。SMA患者突变,防止蛋白质的形成,SMN,维持健康的运动神经元是至关重要的。药物的独特机制允许将更多SMN由病人的剩余SMN基因通过修改最初的RNA转录(pre-messenger RNA)是如何拼接。小分子药物结合在一个循环的RNA,稳定正确的组装过程所需的酶RNA形式SMN蛋白。¹

有大量的rna,编码非编码,非常强劲折叠

与大多数药物发现策略,寻找小分子能够绑定RNA通常始于筛查,特别是在大型制药公司公司根据Duca。不嗨可以屏幕数百万对目标化合物,直到他们找到。Duca自己一直用已知化合物进行更有针对性的筛选与RNA进行交互。最近的一个项目确定了聚胺衍生品是一种很有前途的起点绑定微RNA分子的前体(microrna - 372),是谁的失调与胃癌有关。²RNA将携带一个负电荷,所以带正电荷的聚胺类绑定强劲,但是没有特别,所以”我们发现[,]结合多胺与其他heteroa芳香化合物,[我们]能够带来一些特异性(的)绑定”,Duca解释道。

Arrakis疗法是结合筛查和一套化学生物学工具来开发他们的管道RNA-targeted小分子药物。³到目前为止,他们还没有确定问题的药物如分子——通常被描述为“利平斯基兼容”。的利平斯基规则,由辉瑞公司制定化学家克里斯托弗利平斯基1997年,描述理想的口头管理药物分子小,适度亲脂性的,不到五氢键捐赠者和10氢键受体。“阿你的内部图书馆,的我们有年代的库屏风ed外部都非常(利平斯基)听话培特说,。”我们已经看到显著的选择性在我们的结果,至少一样好时的选择性观察屏幕小分子与蛋白质。”

一些最成功的策略在小分子RNA药物发现的迪斯尼的实验室。在过去的15年里实验室发展的方法采取任何RNA序列和设计一个分子可以绑定到它并影响其功能。' We现在知道有大量的rna,蛋白质编码和那些不编码蛋白质的折叠非常强劲,迪斯尼说。(在)大多数情况下,它们的功能是采用折叠的直接后果。”

2014年迪斯尼开始开发Informa——一个信息系统,可以预见粘结强度和选择性使用数据库的实验RNA-motifs和小分子之间的相互作用决定的。' We发达一个图书馆与图书馆筛查方法我们可以,在大规模并行的方式,询问小分子之间的分子识别和RNA折叠解释说,迪斯尼。我nforma需要RNA序列年代和褶皱年代他们寻找类似的结构和小分子识别绑定到它们。”基于药物设计,迪士尼说。“我t迅速确定铅的化学物质,与假设如何具体和有效的分子可以。”

很难完成这个小分子

一个大问题是确保你的小分子是绑定到RNA分子上的活性部位,迪斯尼说。”你必须绑定到一个功能元素,它可能是一个网站的裂解日博nucle日月光半导体,我在你开始鳕鱼t可能结构,或者它可能是一个结构,调节翻译”。迪斯尼已经开发了一种方法来实现这一目标,通过他所谓的核糖核酸酶定位嵌合体(Ribotacs)。

“[Ribotacs]有结合的小分子RNA,然后第二个小分子绑定吗to和局部活化荷兰国际集团(ing)一个核糖核酸酶裂开了(RNA)目标。这些东西是催化和sub-stoichiometric解释说,迪斯尼。' We已经能够接受Ribotacs和消除,在动物,导致非常衰弱的信使RNA基因疾病”。最近工作迪斯尼集团合成Ribotac, microRNA-21设计目标,这是调节在某些肿瘤。在小鼠模型中,分子能够减少转移性乳腺癌的传播。⁴迪斯尼最近也用这种方法目标Sars-CoV-2病毒的RNA。⁵

不是每个人都认为一个小分子方法的优点。”我没有看到一个非常简单的前进道路,”斯说。他认为提供的序列特异性RNAi是无与伦比的。”很难完成这个小分子但迪斯尼说。小分子可以进入组织,寡核苷酸药物目前不能,包括癌症细胞。尽管迪斯尼承认有一个角色为多个方法,”每个单独的技术会有不同的设置,最好他们会应用于疾病。我并不是说一个是灵丹妙药。”

可能仍然是一个远离传统的小分子药物类,通常药物化学家关注,培特补充道。”我不会感到惊讶地看到the数据推动我们搜索新方向;例如,方向,迫使我们利平斯基非- - - - - -兼容的,”她说。不他的问题是什么化学空间RNA结合?我认为这是我们不知道的地方说,迪斯尼。不这是一个灾难性的差距我pinski-occupying小分子和麻生太郎。T这里有很多空间,您可以探索。我认为我们只需要来到这出先入为主的观念一种RNA针对药物应该是什么样子。”

修改RNA

RNA本身,而非目标生物技术启动口音疗法一直在关注另一种方法用药的修改RNA分子的酶在细胞。“一个将rna -信使RNA, transferRNA,核糖体RN一个——都是容易修改的非常广泛的多样性,共价和非- - - - - -共价,一个nd这些修改真的影响核糖核酸生物学的几乎所有方面罗伯特·科普兰说,这家总部位于马萨诸塞州的公司的创始人之一,成立于2017年。不他的方法我s RNA生物来控制,而不是针对RNA /,但针对酶负责这些修改。”

发现小分子药物目标酶的结合口袋意味着口音和其他一些初创企业能够使用的药物发现方法。' We的方法,看到我们之间的婚姻t他非常激动人心的领域非常务实的RNA生物小分子药物发现方法…我们知道很多关于如何做到这一点,作为药用化学界,科普兰说。

有成千上万的RNA的目标

RNA编辑酶选择性地改变RNA的核苷酸,其密码子的意义(三联体核苷酸序列对应于一个特定的氨基酸)氨基酸的变化从一个到另一个地方。“阿我们在东北的目标是一种酶ADAR1这是一个n腺苷脱氨酶。它转换(基地)腺苷在肌苷。(当翻译)肌苷阅读不是腺苷,但一个年代鸟嘌呤,nd这样改变鳕鱼在使用,因此,蛋白质序列,”科普兰说。Adenosine-to-inosine (A-to-I)编辑是一种最普遍的生物学机制RNA修改但也在某些癌细胞vegf。被劫持的机制,促进癌症恶化通过编辑RNA分子,使他们不再能够刺激免疫反应需要杀死肿瘤细胞。口音目前优化药物抑制ADAR1候选人,他们希望在未来几年内开始临床试验。⁶

到目前为止,公司拥有五rna编辑组合酶的抑制可以耐受良好且易于管理的基础口腔癌症治疗。但是科普兰说,潜在的目标酶rna编辑远远超出癌症和可能包括炎症性疾病,免疫疾病甚至传染病。' We只是开始不周详,”他说。

同时更RNA-targeting寡核苷酸药物可能会到达市场在未来几年。奥尼兰姆是推进深siRNA-based药物的管道。这是会变得很大,我几乎保证,Charrise说。领域到目前为止缺少大重磅药物,将正面,但它可能是在路上。2020年诺华收购Alnylam小干扰rna治疗胆固醇降低,inclisiran(销售Leqvio),已现在在欧洲获得批准。核药物能够防止蛋白质负责增加的形成不健康的胆固醇在血液里,每年只需要两剂由于RNAi的长效作用。

Arrakis疗法会移动到2022年他们的候选小分子毒理学研究为临床试验做准备。虽然他们可能落后寡核苷酸的同事,用药与小分子RNA将带来丰富的回报,保证培特,一旦规则针对RNA更加明朗。”有数以千万计成千上万的(RNA)目标在那里,更多的比再保险在蛋白质水平,年代我认为(药物发现)景观为我们准备好了。”

瑞秋巴西是一个科学作家在伦敦,英国