Segmentação de estruturas de RNA com pequenas moléculas

Nature Reviews Drug Discovery volume 21, páginas 736–762 (2022) Citar este artigo

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O RNA adota estruturas 3D que conferem papéis funcionais variados na biologia humana e disfunções na doença. Abordagens para direcionar terapeuticamente estruturas de RNA com pequenas moléculas estão sendo ativamente perseguidas, auxiliadas por avanços importantes no campo, incluindo o desenvolvimento de ferramentas computacionais que prevêem estruturas de RNA conservadas evolutivamente, bem como estratégias que expandem o modo de ação e facilitam as interações com a maquinaria celular. As moléculas pequenas direcionadas ao RNA existentes usam uma variedade de mecanismos, incluindo o splicing direto - agindo como colas moleculares com proteínas celulares (como o branaplam e o risdiplam aprovado pela FDA), inibição da tradução de proteínas não drogáveis ​​e desativação de estruturas funcionais em RNAs não codificantes. Aqui, descrevemos estratégias para identificar, validar e otimizar pequenas moléculas que visam o transcriptoma funcional, traçando um roteiro para avançar esses agentes na próxima década.

A primeira evidência de que o RNA poderia ser alvo de intervenção terapêutica foi fornecida pela descoberta da estreptomicina em 1944 (ref.1) e a subsequente identificação do ribossomo bacteriano, um complexo macromolecular RNA-proteína, como alvo celular do produto natural2. Mais informações foram fornecidas 20 anos depois, quando a primeira sequência de ácido nucleico e estrutura de RNA - um tRNA carregando alanina (tRNAAla) - foi relatada3. A chave para entender o papel do tRNA na tradução foi sua dobra 3D, necessária para a aminoacilação e, portanto, a decodificação da sequência do mRNA em proteína. A descoberta dos RNAs catalíticos4,5 expandiu as funções químicas dos RNAs muito além da codificação de proteínas e da decodificação de mRNAs.

A sequência do genoma humano reforçou ainda mais a contribuição do RNA para a biologia, com muito menos quadros de leitura aberta canônica (ORFs) observados do que o esperado6. De fato, a complexidade do organismo não está correlacionada com o número de ORFs, mas sim com o número e a diversidade de (nc)RNAs6 não codificantes que funcionam na regulação epigenética7 e regulam a expressão gênica8, particularmente durante o desenvolvimento. Complementarmente, estudos de associação genômica ampla (GWAS) definiram vias biológicas desreguladas na doença, elucidando potenciais alvos terapêuticos, tanto RNA quanto proteína. Esses dados podem ser aproveitados para permitir um paradigma da bancada ao leito no qual pequenas moléculas se ligam e desativam RNAs estruturados: o genoma de um paciente pode ser sequenciado e comparado com o GWAS para identificar o RNA com defeito. A terapia direcionada ligaria uma estrutura funcional dentro do RNA para causar um curto-circuito nas vias da doença.

Estratégias terapêuticas promissoras para direcionar o RNA incluem oligonucleotídeos antisense (ASOs), edição de genes CRISPR e pequenas moléculas que reconhecem estruturas de RNA. A edição de ASOs e CRISPR tem sido inestimável para o campo da biologia química. No entanto, traduzir essas tecnologias para a clínica tem sido um desafio devido às dificuldades de entrega e reações adversas significativas9,10. Moléculas pequenas oferecem uma alternativa importante com potencial para biodisponibilidade oral e penetração da barreira hematoencefálica, particularmente com a riqueza de conhecimento da química medicinal em que as propriedades físico-químicas podem ser sistematicamente otimizadas para melhorar a farmacocinética e a potência.

Várias moléculas pequenas que se ligam a estruturas de RNA foram identificadas e exibem vários modos de ação (MOAs), desde a ligação simples até a clivagem direta até o recrutamento de nucleases endógenas (proximidade induzida). Essas moléculas demonstraram modular diversos processos biológicos, como a inibição da tradução bacteriana e viral (ribocil e um riboswitch em Escherichia coli11, derivados de 2-aminobenzimidazole e o sítio interno de entrada do ribossomo da hepatite C (IRES)12); inibição da tradução do mRNA (sinucleózida e α-sinucleína13); facilitando o splicing alternativo de pré-mRNA (risdiplam14 e branaplam15 e sobrevivência do neurônio motor 2 (SMN2)); e inibição da biogênese do microRNA (miRNA) (um conjugado espermina-amidina e o precursor miR-37216).