Programmazione dell'RNA inattivo

Natura volume 618, pagine 169–179 (2023) Citare questo articolo

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L’occupazione del target è spesso insufficiente per suscitare l’attività biologica, in particolare per l’RNA, aggravata dalle sfide di lunga data che circondano il riconoscimento molecolare delle strutture dell’RNA da parte di piccole molecole. Qui abbiamo studiato i modelli di riconoscimento molecolare tra una raccolta di piccole molecole ispirata a un prodotto naturale e strutture di RNA piegate tridimensionalmente. La mappatura di questi paesaggi di interazione attraverso il trascrittoma umano ha definito le relazioni struttura-attività. Sebbene ci si aspettasse che i composti leganti l'RNA che si legano a siti funzionali suscitassero una risposta biologica, si prevedeva che la maggior parte delle interazioni identificate fossero biologicamente inerti poiché si legano altrove. Abbiamo pensato che, per questi casi, una strategia alternativa per modulare la biologia dell'RNA è quella di scindere il bersaglio attraverso una chimera che mira alla ribonucleasi, dove una molecola che lega l'RNA viene aggiunta a un eterociclo che si lega e attiva localmente la RNasi L1. La sovrapposizione della specificità del substrato per la RNasi L con il panorama legante di piccole molecole ha rivelato molti leganti candidati favorevoli che potrebbero essere bioattivi quando convertiti in degradatori. Forniamo una prova di concetto, progettando degradatori selettivi per il precursore del microRNA-155 associato alla malattia (pre-miR-155), dell'mRNA JUN e dell'mRNA MYC. Pertanto, la degradazione mirata all'RNA di piccole molecole può essere sfruttata per convertire interazioni di legame forti, ma inattive, in modulatori potenti e specifici della funzione dell'RNA.

L'importanza dell'RNA nella biologia della salute e della malattia è ben documentata2, offrendo opportunità nell'ambito della biologia chimica rispettivamente per studiare la funzione o intervenire contro la disfunzione. Il targeting dell'RNA basato sulla sequenza viene spesso ottenuto con oligonucleotidi complementari che si legano e quindi reclutano una ribonucleasi per scindere il bersaglio3. Questa modalità è più adatta per colpire regioni non strutturate in un RNA, poiché il riconoscimento molecolare avviene attraverso l'accoppiamento di basi4. Tuttavia, l’RNA può essere altamente strutturato e la sua funzione biologica è spesso dettata dalla sua struttura5,6. In particolare, tali regioni strutturate possono essere prese di mira mediante il legame di piccole molecole che interagiscono con le tasche presentate da una piega di RNA7. Tuttavia, l’occupazione delle strutture dell’RNA da parte di sole piccole molecole spesso non è sufficiente a suscitare un effetto biologico8.

Qui abbiamo sviluppato una strategia che converte piccole molecole biologicamente inattive che legano l'RNA in effettori potenti e specifici della funzione, ottenuta fissando un elemento di riconoscimento molecolare dell'RNA a un secondo composto che si lega e attiva una ribonucleasi per scindere il bersaglio. Il nostro obiettivo è triplice: (1) definire le interazioni di legame tra piccole molecole e pieghe dell'RNA; (2) convertire, in modo programmabile, interazioni di legame altamente selettive che sono biologicamente inerti in induttori di degradazione mirata, fornendo inibitori funzionali potenti e selettivi; e (3) stabilire un paradigma mediante il quale piccole molecole possono eliminare gli RNA.

Una raccolta di composti di piccole molecole simili a prodotti naturali da 15.000 membri con diverse proprietà9 è stata studiata per legarsi a una libreria di pieghe 3D di RNA presentate in una libreria di loop interni 3 × 3 (ILL; 61.440.000 potenziali interazioni di legame analizzate) (Fig. 1a ). Le 4.096 pieghe di RNA uniche in 3 × 3 ILL includono anelli interni 1 × 1, 2 × 2 e 3 × 3, nonché anelli di rigonfiamento e RNA completamente accoppiati. Il legame è stato valutato utilizzando un test di spostamento del colorante fluorescente10, in cui i composti della libreria che si legano all'RNA spostano il colorante e ne riducono l'emissione. Un triage primario delle 15.000 piccole molecole (10 μM) ha prodotto 1.584 composti colpiti (dati estesi Fig. 1a). La convalida secondaria dei 480 composti principali ha prodotto 344 piccole molecole leganti. Questi diversi composti includono sei impalcature leganti l'RNA, come 1-benzilidene-1-indene e fenotiazina (Fig. 1b).