ファイザーの新型コロナウイルスに対するmRNAワクチンは、リボ核酸（RNA）を治療標的として使用する熱意を再燃させた。しかし、低分子で RNA を標的にすることは非常に困難です。

RNA には、アデニン (A)、シトシン (C)、グアニン (G)、そして DNA にあるチミン (T) を置き換えるウラシル (U) の 4 つの構成要素しかありません。このため、薬物の選択性はほとんど克服できない障害となります。対照的に、タンパク質を構成する天然のアミノ酸は 22 個あります。これが、ほとんどのタンパク質を標的とする薬剤が比較的良好な選択性を備えている理由の説明になります。

RNAの構造と機能

タンパク質と同様に、RNA 分子には、次の図に示すような二次構造と三次構造があります。これらは単鎖高分子ですが、塩基対形成によりバルジ、ループ、ヘリックスが形成されると二次構造が形成されます。次に、三次元の折り畳みにより、RNA の安定性と機能に不可欠な RNA の三次構造が形成されます。

図 1. RNA の構造

RNA には 3 つのタイプがあります。

• メッセンジャーRNA (mRNA)DNAから遺伝情報を転写し、塩基配列としてリボソーム上に伝達します。私
• リボソームRNA (rRNA)リボソームと呼ばれるタンパク質を合成する細胞小器官の一部であり、細胞質に輸送され、mRNA 内の情報をタンパク質に翻訳するのに役立ちます。
• トランスファー RNA (tRNA)mRNA とタンパク質を構成するアミノ酸鎖の間の結合です。

治療標的として RNA を標的にすることは非常に魅力的です。最終的にタンパク質に翻訳されるのはゲノムの 1.5% だけで、70% ～ 90% が RNA に転写されることがわかっています。RNA 分子はすべての生物にとって最も重要です。フランシス・クリックの「セントラル・ドグマ」によれば、RNA の最も重要な役割は、遺伝情報を DNA からタンパク質に翻訳することです。さらに、RNA 分子には次のような他の機能もあります。

• タンパク質合成においてアダプター分子として機能します。私
• DNA とリボソームの間のメッセンジャーとして機能します。私
• それらはすべての生きた細胞の遺伝情報の伝達者です。私
• 新しいタンパク質の合成に必要な、正しいアミノ酸のリボソーム選択を促進します。生体内.

抗生物質

1940 年代にはすでに発見されていたにもかかわらず、多くの抗生物質の作用機序は 1980 年代後半まで解明されませんでした。抗生物質の大部分は、細菌のリボソームに結合して細菌が適切なタンパク質を作るのを妨げ、それによって細菌を殺すことによって作用することがわかっています。

たとえば、アミノグリコシド系抗生物質は、30S リボソーム サブユニットの一部である 16S rRNA の A 部位に結合し、タンパク質合成を妨害して細菌の増殖を妨害し、最終的には細胞死につながります。A 部位とは、tRNA アクセプター部位としても知られるアミノアシル部位を指します。アミノグリコシド系薬剤間の詳細な相互作用パロモ​​マイシン、およびAサイト大腸菌RNAを以下に示します。

図 2. パロモマイシンとパロモマイシンの A サイト間の相互作用大腸菌RNA

残念なことに、アミノグリコシド薬を含む多くの A サイト阻害剤には、腎毒性、用量依存性、特異的な不可逆的な聴器毒性などの安全性の問題があります。これらの毒性は、RNA 低分子を認識するためのアミノグリコシド薬の選択性の欠如の結果です。

以下の図に示すように、(a) 細菌の構造、(b) ヒトの細胞膜、および (c) ヒトのミトコンドリア A サイトは非常に似ており、A サイト阻害剤はそれらすべてに結合します。

図 3. 非選択的な A サイト阻害剤の結合

テトラサイクリン系抗生物質も rRNA の A 部位を阻害します。これらは、Mg と複合体を形成した 30S サブユニット上のヘリックス領域 (H34) に可逆的に結合することにより、細菌のタンパク質合成を選択的に阻害します。²⁺.

一方、マクロライド系抗生物質は、細菌の新生ペプチドリボソームトンネル（NPET）の出口部位（E部位）付近に結合し、部分的に遮断して細菌のタンパク質合成を阻害します。最後に、次のようなオキサゾリジノン系抗生物質リネゾリド(Zyvox) は、23S rRNA ヌクレオチドに囲まれた細菌の 50S リボソーム サブユニットの深い裂け目に結合します。

アンチセンスオリゴヌクレオチド (ASO)

アンチセンス医薬品は、RNAを標的とする核酸ポリマーを化学修飾したものである。それらはワトソンクリック塩基対形成に依存して標的 mRNA に結合し、遺伝子サイレンシング、立体遮断、またはスプライシングの変化を引き起こします。ASO は、細胞核内のプレ RNA および細胞質内の成熟 mRNA と相互作用できます。エクソン、イントロン、および非翻訳領域 (UTR) をターゲットにすることができます。現在までに、十数種類の ASO 医薬品が FDA によって承認されています。

図 4. アンチセンス技術

RNAを標的とする低分子医薬品

2015年、ノバルティスは、U1-pre-mRNAの結合を強化し、SMAマウスを救出するブラナプラムと呼ばれるSMN2スプライシング調節因子を発見したと報告した。

一方、PTC/Roche の Risdiplam (Evrysdi) は、2020 年に SMA の治療薬として FDA によって承認されました。ブラナプラムと同様に、リスディプラムも、関連する SMN2 遺伝子のスプライシングを調節して機能的な SMN タンパク質を生成することによって機能します。

RNA分解剤

RBMはRNA結合モチーフタンパク質の略です。本質的に、インドール スルホンアミドは分子接着剤です。RBM39 を CRL4-DCAF15 E3 ユビキチンリガーゼに選択的に動員し、RBM39 のポリユビキチン化とタンパク質分解を促進します。RBM39 の遺伝子枯渇またはスルホンアミド媒介分解は、ゲノム全体にわたる重大なスプライシング異常を誘発し、最終的には細胞死につながります。

RNA-PROTAC は、RNA 結合タンパク質 (RBP) を分解するために開発されました。PROTAC は、リンカーを使用して E3 リガーゼ リガンドを RNA リガンドに接続し、RNA および RBP に結合します。RBP には特定のオリゴヌクレオチド配列に結合できる構造ドメインが含まれているため、RNA-PROTAC はオリゴヌクレオチド配列を目的のタンパク質 (POI) のリガンドとして使用します。最終的な結果は RBP の分解です。

最近、スクリップス海洋研究所のマシュー・ディズニー教授がRNAを発明しました。リボヌクレアーゼ標的キメラ (RiboTAC)。RiboTAC は、RNase L リガンドと RNA リガンドをリンカーで結合したヘテロ機能性分子です。内在性 RNase L を特定の RNA 標的に特異的に動員し、細胞の核酸分解機構 (RNase L) を利用して RNA を除去することができます。

研究者が小分子とRNA標的の間の相互作用についてさらに学ぶにつれて、この方法を使用するさらに多くの医薬品が将来的に登場するでしょう。