RNS struktúrák a gyógyászatban

Evolúcióbiológusként az első bejegyzésem itt fura módon az intelligens tervezésről szól. Lassan ott tartunk a világ ismeretében, hogy egészen érdekes dolgokat tudunk racionálisan tervezni. Persze tervezni már régóta tervezünk dolgokat, mint épületeket, járműveket vagy akár számítógépeket. De gyógyszereket? Manapság azokat is.

Olyan betegségekről legyen szó, amelyben egy RNS a ludas. Lehet ez egy RNS vírus vagy egy rák, amelyben egy szabályzó RNS molekula felelős a kontrollálatlan sejtosztódásért. Az RNS molekulák másodlagos szerkezetét (lásd ábra) könnyű számítógépes módszerekkel jósolni. Az így kapott szerkezetben levő elemek ellen kell valamilyen szelektív kis molekulás gyógyszert készíteni, ami kötődve az RNS molekulához, akadályozza annak működését.

Ez így leírva egyszerűnek hangzik, de honnan fogjuk tudni, hogy milyen vegyület kell ezen RNS-en levő szerkezeti egységek ellen? Nem árt, ha van egy adatbázis pont erre a célra. Az elmúlt években Matthew Disney és kutatócsoportja pontosan ilyen adatbázist hozott össze.

blog-randomrnainternallopp.png

Vizsgált RNS-ek másodlagos szerkezete. A másodlagos szerkezetben azt tüntetjük fel, hogy mely bázis mely másik bázissal kapcsolódik (s persze mely bázisok vannak magukban). A legismertebb másodlagos szerkezet a tRNS “lóherelevél” formája. A félkövérrel szedett N-ek jelölik azokat pozíciókat, amelyekre mindenféle kombinációban nukleotidokat helyeztek, s azok kötődését kis molekulákhoz nézték. A jobb és baloldali RNS-ben egy belső hurkot változtattak, míg a középsőnél egy véghurkot.

Az adatbázis alapjául szolgáló adatokat az úgynevezett kétdimenziós, kombinációs szűréssel (two-dimensional combinatorial screening, 2DCS) szerezték. Röviden, vegyünk egy felszínt, amire rakosgassunk fel molekulákat. Ezek lesznek azok a kis molekulák, amelyekről szeretnénk, ha kötődnének valamilyen RNS-hez. Ezeket a molekulákat jól odarakjuk (kémiailag odakötjük, immobilizáljuk). Majd vegyünk egy RNS könyvtárat (azaz sokféle RNS molekulát), amelyben egyetlen belső hurok minden lehetséges változatát előállítottuk. Ez a 6 nukleotidból álló rész összesen 4096 (4×4×4×4×4×4) különböző belső hurkot jelenthet (fenti ábra bal oldali szerkezet). Ezeket eresszük rá az immobilizált kis molekulákra úgy, hogy erős kapcsolódás esetén az RNS molekulák is maradjanak a helyükön. Így később az RNS molekulát kinyerve az felszaporítható PCR-el és szekvenciája meghatározható (hogy tudjuk mi kötődött mihez). Persze a kis molekula nem csak ehhez a 6 nukleotidhoz vagy az általuk kialakított szerkezetekhez kötődhet, hanem az RNS molekula más részeihez is. Minket viszont csak ez a kis részlet érdekelt (ebből is nagyon sok fajta van). Legyártották az RNS-eket úgy is, hogy ez a belső hurok nem szerepel bennük. A kötődésvizsgálatot ezzel a szerkezettel is elvégezve, ha az kötődik ugyan azon kis molekulához, akkor nem a 6 bázisos részen keresztül köt. Ha viszont a belső hurok nélkül nem köti az RNS a kis molekulát, akkor bizony a minket érdeklő részlet felelős a kötődésérét.

A kis molekula kötésére szelektált szekvenciákban/szerkezetekben aztán megkeressük a hasonlóságot (például, hogy UU egymással szemben van, vagy az AC nem párosodó kitüremkedés (belső hurok) mellett legalább egy GC pár is van). Ez a számítógépes része a módszernek. Magának az RNS másodlagos szerkezetnek a meghatározása is számítógépes módszerrel történik.

Az emlőrák kialakításában feltehetőleg részt vevő microRNA-96 nevű szabályozó RNS elnyomja a FOXO1 sejthalált elősegítő fehérje kifejeződését. Így a sejtek nem halnak meg, amikor meg kéne halniuk, s kontrollálatlanul osztódni kezdenek. Ezt az RNS-t egy bisbenzimidazol köti (korábbi tanulmányukból ismerték (Velagapudi et al. 2014)). Ez a vegyület egy U-U belső hurokhoz kötődik (lenti ábrán zöld rész). Bár ez a vegyület igen specifikus erre a szerkezeti elemre, de egy jó gyógyszertől elvárjuk, hogy csak azt a molekulát gátolja, amely ellen hatni kell, s mást ne (ez a szelektivitás). A feltételezés az, hogy U-U belső hurok sincs túl sok a szervezetben levő funkcionális RNS-ekben, de U-U belső hurok és mellette két bázispárral arrébb egy G-G belső hurok együttes még kevesebb. Tehát a kötés specifikusságát, s így a gyógyszer szelektivitását és hatékonyságát tovább növelendő olyan vegyületet kerestek az adatbázisban, ami a közeli G-G belső hurkot köti. Ez a vegyület egy másik bis-benzimidazol. A két vegyület összekapcsolva elvileg ezt a szerkezeti elemet képes csak kötni. S igen, az így kapott molekula (lenti ábrán 3-assal jelölve) hatékonynak bizonyult az microRNA-96 RNS kötésében és sejttenyészetben a rákos növekedés fékezésében / a rákos sejtek apoptózisának indukálásában.

blog-rnsligand.gif
A microRNA-96 másodlagos szerkezete, illetve az U-U belső hurkot (zöld), valamint a G-G belső hurkot (lila) kötő vegyületek. A két vegyület együtt még hatásosabb.

 

A vegyület RNS-t köt és DNS-t nem. Fontos, hogy más sejtekbe bejutva ott a génállományt ne zavarja. Mutációt indukáló hatása nincs. Egér modellben a vegyület nem mérgező és valamelyest képes visszaszorítani a tumor növekedését (el nem tünteti azt).

Az utolsó pár sorban leírt eredmény a hosszú és drága része a kísérletnek. Minél kevesebb molekulával kell elvégezni, annál olcsóbban jutunk hatékony új gyógyszerhez. Az elejének egy nagy része számítógéppel megoldható, ami sokkal olcsóbb, mint a kísérlet (szaktudás kell hozzá, de amúgy egy sima számítógép elég). Az in silico – számítógépes – technikák egyre fontosabbak a gyógyszerkutatásban. S mostanság az RNS-ek is egyre fontosabb célpontjai a gyógyszerfejlesztésnek, ami számomra is érdekes, mert – bár más okból – de nagyon érdekel az RNS-ek másodlagos szerkezetének és működésének összefüggése.


5 thoughts on “RNS struktúrák a gyógyászatban

  1. fordulo_bogyo

    Kedves Adam, udvozollek egyik kedvenc blogom szerzoi kozott. Ha megengedsz egy tanacsot: probalj meg tobb magyarazatot beleszoni ebbe az erdekes temaba. Gyakolrol molekularis biologuskent is nehezseget okozott kovetni az okfejtesedet. Nyilvan az enhiban, da valoszinuleg sok hozzam hasonlo olvaso letezik, az o kedvukert (az enyemert is) erdemes lenne kicsit szajbaragosabban elmagyarazd ezt az erdekes problemat. Tudod mire gondolok: kozepiskolas fokon tani-tani…
    Semmikeppen se vedd bantasnak, csak segito szandeku kritika, es a tevedes jogat fenntartom, lehet, hogy csak nekem volt nehez kovetni, csak az en hibam.

    Reply
  2. Kun Ádám

    @fordulo_bogyo: Köszönöm az észrevételt! Egy kicsit kiegészítettem itt-ott, ahol úgy éreztem, hogy nagyot ugrok a gondolatmenetben. Ha valahol konkrétan úgy érzed, hogy nem tiszta kérlek jelezd és megpróbálom érthetőbbre átfogalmazni.

    Reply
  3. fordulo_bogyo

    Utoirat: most vettem eszre, hogy eddig en ugy tekintettem a 3-3 bazisnyi randomizalt hurkot, ahogy te rajzoltad is, azaz sehol nincs benne bazisparosodas, pedig sok esetben termeszetesen lehet.
    A masik abran viszont egy legalabb 4-4 bazisbol allo szerkezetrol van szo, ahol a kulso parok nem, de a kozepso ketto parban all. Ez a pelda nem szarmazhat a 6 nukleotidos randomizalt molekulabol! Valahol egy logikai lepest nem latok.

    Reply
  4. Kun Ádám

    @fordulo_bogyo: Na ebbe nem akartam belemenni, mert akkor nagyon sokat kellett volna magyarázkodni. A randomizált rész nyugodtan bázispárosodhat, tehát elvileg 3 bázispár is lehet ott, vagy 1 vagy 2, vagy mind szabadon van, ahogy az ábrán. A cél RNS-nél így két belső hurok van (az UU és a GG), amit egymástól függetlenül néznek. Ilyen belső hurokra és környezetükre van példa a véletlenszerű 6-osok között. Tehát egységként a belső hurkokat tekintik és nem az GG belső hurok – két bázispár – UU belső hurok részletet. Ezért is keresnek mindkettőhöz külön egy-egy kötő vegyületet. Ezen két vegyület összeboronálása (itt a kettő pozícionálása azért nem volt triviális, de erről nem szólnak a cikkben) adja az alacsony koncentrációban is jól kötő vegyületet.

    Reply
  5. fordulo_bogyo

    Koszonom, sokkal jobb lett.
    Par aprosag, ha megengeded a belekotyogast:
    – az RNS nem szaporithato PCR-rel, legalabb is olyan PCR-rel amit en ismerek. A helyedben csak annyit irtam volna, hogy meghatarozzak a szekvenciajat (vagy azt, hogy elobb DNS-re masolva, a DNS-t PCR-rel elszporitva szekvenaljak, de ez szerintem elhanyagolhato reszlet, az olvasonak eleg azt tudni, hogy leolvashato szekvenciaja)
    – a benzimidazol a lexikon szerint ez az egyszeru molekula hu.wikipedia.org/wiki/Benzimidazol, a bis-~ az ebbol ketto, a cikkedben meg ha jol ertem ket kulonfele benzimidazolrol van szo (es a mellekelt abran ennel sokkal bonyolultbb molekulakat latok).
    Lehet, hogy egy bis-benzimidazol szarmazek es egy masik bis imidazol szarmzek.
    – nem nyilvanvalo szamomra, hogy a ket kulonbozo bis-imidazol szarmazek csak ugy osszekapcsolva miert csak ahhoz a ket RNS hurokhoz kotodik… osszekapcsolva is elvarnam toluk, hogy mindketto felimerje a sajat kotohelyet. Valoszinuleg arrol van szo, hogy a ketto egyutt erosebben (kisebb koncentracioban is) kotodik, mint kulon-kulon.
    Sot, az is erdekes, hogy miert nem blokkoljak egymas kotodeset. Aker terbelileg, akar azert, mert ha az egyik kotodik, akkor a masik rossz tavolsagban van vagy rossz iranyba nez. Nagyon specialis esetrol lehet szo, ugy velem, hogy ez az elv nem konnyen altalanosithato. Tevedhetek.

    Reply

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.