La vacuna d'ARNm de Pfizer per a la COVID ha reactivat la passió per utilitzar l'àcid ribonucleic (ARN) com a objectiu terapèutic.Tanmateix, orientar l'ARN amb molècules petites és extremadament difícil.

L'ARN només té quatre blocs de construcció: adenina (A), citosina (C), guanina (G) i uracil (U) que substitueix la timina (T) que es troba a l'ADN.Això fa que la selectivitat dels medicaments sigui un obstacle gairebé insuperable.En canvi, hi ha 22 aminoàcids naturals que formen les proteïnes, la qual cosa explica per què la majoria de fàrmacs dirigits a proteïnes tenen una selectivitat relativament bona.

Estructura i funció de l'ARN

Igual que les proteïnes, les molècules d'ARN tenen estructures secundàries i terciàries, tal com es mostra a la figura següent.Tot i que són macromolècules d'una sola cadena, la seva estructura secundària pren forma quan l'aparellament de bases provoca protuberàncies, bucles i hèlixs.Aleshores, el plegament tridimensional condueix a l'estructura terciària de l'ARN, que és essencial per a la seva estabilitat i funció.

Figura 1. Estructura de l'ARN

Hi ha tres tipus d'ARN:

• ARN missatger (ARNm)transcriu la informació genètica de l'ADN i es transfereix com a seqüència de bases al ribosoma;l
• ARN ribosòmic (ARNr)forma part dels orgànuls de síntesi de proteïnes anomenats ribosomes, que s'exporten al citoplasma i ajuden a traduir la informació de l'ARNm en proteïnes;
• Transferència d'ARN (ARNt)és l'enllaç entre l'ARNm i la cadena d'aminoàcids que forma la proteïna.

Orientar l'ARN com a diana terapèutica és molt atractiu.S'ha trobat que només l'1,5% del nostre genoma es tradueix finalment a proteïnes, mentre que el 70%-90% es transcriu a ARN.Les molècules d'ARN són les més importants per a tots els organismes vius.Segons el "dogma central" de Francis Crick, el paper més crític de l'ARN és traduir la informació genètica de l'ADN a proteïnes.A més, les molècules d'ARN també tenen altres funcions, com ara:

• Actua com a molècules adaptadores en la síntesi de proteïnes;l
• Serveix com a missatger entre l'ADN i el ribosoma;l
• Són portadors d'informació genètica a totes les cèl·lules vives;l
• Afavorir la selecció ribosòmica dels aminoàcids correctes, que és necessari per sintetitzar noves proteïnesen viu.

Antibiòtics

Tot i ser descobert ja a la dècada de 1940, el mecanisme d'acció de molts antibiòtics no es va dilucidar fins a finals de la dècada de 1980.S'ha trobat que una gran proporció d'antibiòtics actuen unint-se als ribosomes bacterians per evitar que produeixin proteïnes adequades, matant així els bacteris.

Per exemple, els antibiòtics aminoglucòsids s'uneixen al lloc A de l'ARNr 16S, que forma part de la subunitat del ribosoma 30S, i després interfereixen amb la síntesi de proteïnes per interferir amb el creixement bacterià i, finalment, condueix a la mort cel·lular.El lloc A fa referència al lloc aminoacil, també conegut com a lloc acceptor d'ARNt.La interacció detallada entre fàrmacs aminoglucòsids, com araparomomicina, i el lloc A deE. coliL'ARN es mostra a continuació.

Figura 2. La interacció entre la paromomicina i el lloc A deE. coliARN

Malauradament, molts inhibidors del lloc A, inclosos els fàrmacs aminoglucòsids, tenen problemes de seguretat com ara nefrotoxicitat, ototoxicitat irreversible depenent de la dosi i específica.Aquestes toxicitats són el resultat de la manca de selectivitat dels fàrmacs aminoglucòsids per reconèixer les petites molècules d'ARN.

Com es mostra a la figura següent: (a) l'estructura dels bacteris, (b) la membrana cel·lular humana i (c) el lloc A mitocondrial humà són molt similars, de manera que els inhibidors del lloc A s'uneixen a tots ells.

Figura 3. La unió no selectiva de l'inhibidor del lloc A

Els antibiòtics de tetraciclina també inhibeixen el lloc A de l'ARNr.Inhibeixen selectivament la síntesi de proteïnes bacterianes unint-se de manera reversible a una regió helicoïdal (H34) a la subunitat 30S complexada amb Mg.²⁺.

D'altra banda, els antibiòtics macròlids s'uneixen a prop del lloc de sortida (lloc E) del túnel del ribosoma bacterià per a pèptids naixents (NPET) i el bloquegen parcialment, inhibint així la síntesi de proteïnes bacterianes.Finalment, els antibiòtics oxazolidinona com aralinezolid(Zyvox) s'uneixen a una escletxa profunda de la subunitat ribosòmica bacteriana 50S, que està envoltada de nucleòtids d'ARNr 23S.

Oligonucleòtids antisentit (ASO)

Els fàrmacs antisentit són polímers d'àcid nucleic modificats químicament que es dirigeixen a l'ARN.Depenen de l'aparellament de bases Watson-Crick per unir-se a l'ARNm objectiu, donant lloc a silenciament gènic, bloqueig estèric o alteració de l'empalmament.Els ASO poden interactuar amb els pre-ARN al nucli cel·lular i els ARNm madurs al citoplasma.Poden orientar-se a exons, introns i regions no traduïdes (UTR).Fins ara, més d'una dotzena de medicaments ASO han estat aprovats per la FDA.

Figura 4. Tecnologia antisentit

Medicaments de molècules petites dirigits a l'ARN

El 2015, Novartis va informar que havien descobert un regulador de splicing SMN2 anomenat Branaplam, que millora l'associació de l'ARNm U1 i rescata els ratolins SMA.

D'altra banda, el Risdiplam de PTC/Roche (Evrysdi) va ser aprovat per la FDA el 2020 per al tractament de la SMA.Igual que Branaplam, Risdiplam també funciona regulant l'empalmament dels gens SMN2 rellevants per produir proteïnes SMN funcionals.

Degradadors d'ARN

RBM significa proteïna del motiu d'unió a l'ARN.Essencialment, la indol sulfonamida és un adhesiu molecular.Recluta selectivament RBM39 a la ubiquitina lligasa CRL4-DCAF15 E3, promovent la poliubiquitinació RBM39 i la degradació de proteïnes.L'esgotament genètic o la degradació mediada per sulfonamida de RBM39 indueix importants anomalies d'empalmament a tot el genoma, que finalment condueixen a la mort cel·lular.

Els RNA-PROTAC es desenvolupen per degradar les proteïnes d'unió a l'ARN (RBP).PROTAC utilitza un enllaç per connectar el lligand de la lligasa E3 al lligand d'ARN, que s'uneix a l'ARN i les RBP.Com que RBP conté dominis estructurals que es poden unir a seqüències d'oligonucleòtids específiques, RNA-PROTAC utilitza una seqüència d'oligonucleòtids com a lligand per a la proteïna d'interès (POI).El resultat final és la degradació dels RBP.

Recentment, el professor Matthew Disney de la Scripps Institution of Oceanography va inventar l'ARNquimeres dirigides a ribonucleases (RiboTAC).RiboTAC és una molècula heterofuncional que connecta un lligand RNasa L i un lligand d'ARN amb un enllaçador.Pot reclutar específicament la RNasa L endògena a dianes específiques d'ARN i, a continuació, eliminar l'ARN amb èxit mitjançant el mecanisme de descomposició de l'àcid nucleic cel·lular (RNasa L).

A mesura que els investigadors aprenen més sobre la interacció entre molècules petites i dianes d'ARN, en el futur sorgiran més fàrmacs que utilitzen aquest mètode.