《自然》重磅：这种降解RNA的小分子，有望攻克“不可成药”靶点

2023-07-09

申请上市核酸药物

▎药明康德内容团队编辑MYC作为最常见的癌基因之一，能推动癌细胞无限制地生长。然而，设计出能让其失去活性的药物极为困难。如果我们能研发出有效针对MYC蛋白的靶向药物，那将为成千上万的癌症患者带来新生的希望。近期，《自然》杂志发表的一篇文章为此类难以作为药物靶点的蛋白提供了一种新的解决方案——通过将RNA的识别分子连接在另一种化合物上，该化合物能够结合并激活核糖核酸酶来切割目标RNA，从而将无生物活性的RNA结合小分子转化为具有选择性的RNA降解物（degrader）。这种策略也为其他难治性疾病的治疗开辟了新的路径。RNA在维持人体正常的生理功能以及疾病的病理过程中扮演着至关重要的角色，其重要性源自于它在基因表达和调控中所起的作用。RNA是一种由DNA转录而来的分子，能将遗传信息从DNA传递到核糖体，并在核糖体中被转化为蛋白质。RNA还能通过控制从特定基因产生的蛋白质数量来调节基因表达。RNA参与了多种细胞过程，包括RNA剪接、RNA编辑和RNA干扰。此外，RNA还参与了许多疾病的病理过程，包括癌症、病毒感染和遗传疾病。因此，了解RNA的功能和调控对于开发针对这些疾病的新疗法至关重要。利用序列互补的寡核苷酸，我们能够定位到特定RNA分子并招募核糖核酸酶对其进行切割——这是基于序列的RNA靶向策略的一个典型应用。这种策略特别适合靶向RNA中的非结构化区域。然而，对于包含复杂三维结构的RNA区域，通过碱基配对的靶向效率可能会降低。虽然研究人员可以利用小分子靶向各种RNA结构，但小分子与RNA的结合并不总是能够有效破坏RNA的功能。为了解决这个问题，研究人员开始采用一种新的策略，即利用双功能分子招募RNA降解酶。在众多具有挑战性的癌症治疗靶点中，MYC、JUN和MIR155引起了研究人员的兴趣。其中，MYC蛋白的活化可能影响70%甚至更多的人类癌症病例，通过控制基因的表达或沉默，MYC能够进一步影响细胞生长，以及关键的凋亡过程。癌症基因JUN在超过20种不同类型癌症中被激活，微RNA分子MIR155则驱动着炎症的发生，以及多种癌症的生长和扩散。尽管如此，由于这三种基因/核苷酸分子复杂的结构特征，针对它们的药物研发工作至今尚未取得明显进展。在本研究中，研究人员开发了一种全新策略，将生物学上无活性的RNA结合小分子转化为强大且特异性的功能效应物，以破坏RNA分子的活性。通过将RNA的分子识别元件连接到另一种化合物上———该化合物可以局部激活核糖核酸酶RNase L，所形成的嵌合分子能够强效且选择性地抑制RNA的功能，可作为调节RNA的替代策略。研究人员首先基于一个包含4千多个RNA内环结构的库，筛选了1.5万种不同的天然产物样化合物。在1500多个能与RNA结合的苗头化合物中，有344个化合物在二次筛选中得到验证，26个在基于正交微阵列的筛选中得到验证。最后，研究人员筛选出6种全新的苗头化合物分子C1-C6，它们能在严格的条件下与微阵列结合。C1是一种偶氮衍生物，另有其他14种偶氮化合物也可以与RNA结构结合。对每个小分子富集的RNA结构的亲和纯化和测序共揭示了329个独特的基序，在所有已知的人类非编码RNA结构中，大约有6%的miRNA含有上述基序。然而，这些靶位点大多没有功能，小分子的结合不太可能影响miRNA活性。由于这些非功能性结合位点中的近一半位于内源性RNase L的潜在靶位点附近。因此，研究人员将RNA结合小分子与杂环分子结合——杂环分子可招募并激活RNase L，从而产生了RIBOTAC嵌合分子。这种策略首先在C1化合物上进行了测试，C1分子可以结合在miR-155的前体分子pre-miR-155上。通过化学交联和pull-down实验检测，C1被证实在细胞中结合了pre-miR-155，结合位点接近预测的RNase L基序。C1分子的结合不影响miR-155的细胞水平，与pre-miRNA-155结合后，C1分子可转变为RIBOTAC嵌合分子——招募RNase L的同时在体外切割pre-miRNA-155。在人类乳腺癌细胞系MDA-MB-231中，这种RIBOTAC嵌合分子将miR-155水平降低了约70%，并且没有造成毒性。此外，它没有对其他miRNA分子造成显著影响，并且产生了预期的转录组变化。pre-miR-155-RIBOTAC还诱导了miR-155抑制的预期生物学效应：它减少了MDA-MB-231细胞的迁移，减少了脐静脉内皮细胞模型中的血管生成。在肿瘤转移的小鼠模型中，腹腔内注射RIBOTAC显著抑制了miR-155介导的MDA-MB-231细胞对肺的肿瘤定植。总之，这项研究提出了一种通过设计小分子RNA靶向降解物来调节RNA的新方法，这种降解物可以将无生物学效应的分子间相互作用转化为针对RNA功能的有效且特异性的调节剂。该研究结果为设计与疾病相关的mRNA的选择性小分子降解物提供了概念证明，解决了使用互补寡核苷酸序列对RNA进行靶向干扰的局限性。这项研究有望为开发针对各种疾病（包括癌症、病毒感染和遗传疾病）的RNA靶向疗法开辟新的途径。大家都在看▲欲了解更多前沿技术在生物医药产业中的应用，请长按扫描上方二维码，即可访问“药明直播间”，观看相关话题的直播讨论与精彩回放参考资料：[1] Tong, Y., Lee, Y., Liu, X. et al. Programming inactive RNA-binding small molecules into bioactive degraders. Nature 618, 169–179 (2023). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41586-023-06091-8[2] A strategy for small-molecule RNA degraders，Retrieved July 7, 2023 from https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/d41573-023-00112-x[3] Small Molecule Conjugates Unlock Targeted RNA Degradation，Retrieved July 7, 2023 from https://www.genengnews.com/topics/drug-discovery/small-molecules-conjugates-unlock-targeted-rna-degradation/[4] Climbing a new path allows chemists to ascend cancer’s steepest research challenges，Retrieved July 7, 2023 from https://ufhealth.org/news/2023/climbing-new-path-allows-chemists-ascend-cancer-s-steepest-research-challenges免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。分享，点赞，在看，聚焦全球生物医药健康创新