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靶向RNA的小分子药物研究是近年来的研发热点之一。相比于常用的RNA干扰（RNAi）和反义寡核苷酸（ASO）疗法，小分子药物具有高渗透性的优势，可以更加容易地实现系统性递送（systematic delivery）。但是并非所有靶向RNA的小分子都能产生生物活性，因为有些小分子可能结合在RNA的非活性位点，或者小分子的结合强度不足以影响RNA的生物功能。在2020年，Matthew Disney课题组报道了一种可以靶向降解RNA的小分降解剂【1】。这种被称为核糖核酸酶靶向嵌合体（ribonuclease targeting chimera）的小分子化合物可以定向激活细胞内的核糖核酸酶L（RNase L）从而降解靶向RNA。
2023年5月24日， 美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute），佛罗里达大学赫伯特沃特海研究所（The Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation & Technology）的Matthew Disney课题组与德国马普研究所 (Max Planck Institute) 的Herbert Waldman课题组以及明斯特大学（University of Münster）的Frank Glorius课题组在Nature联合发表题为Programming inactive RNA-binding small molecules into bioactive degraders的研究论文，首次报道了将核糖核酸酶靶向嵌合体策略应用于非活性靶向RNA的小分子以实现在体内靶向降解促癌的RNA靶点。
在这项研究中，研究者通过高通量的库对库（library versus library）筛选方法测量一个包含15000个由天然产物衍生（natural product inspired）的化合物库与一个包含4096种独特三位折叠结构的RNA库的分子间相互作用（图1）。筛选结果发现，一个氮唑类小分子于pre-miRNA-155具有很强的亲和力。有趣的是，该小分子结合于pre-miRNA-155的非活性位点，因此研究人员发现直接使用该小分子并不会对细胞内的miRNA-155表达水平产生影响。
图1：高通量的库对库筛选可以快速识别小分子与RNA三维构象之间的相互作用。
进一步研究发现，pre-miRNA-155的二维结构包含适合被核糖核酸酶L识别并降解的非配对的尿苷【2,3】。基于此信息，研究人员尝试将该非活性小分子改造为核糖核酸酶靶向嵌合体，发现改造后的嵌合体成功在细胞内降低miRNA-155的表达水平，并且在细胞和小鼠模型中抑制了三阴乳腺癌（triple-negative breast cancer）的增殖与扩散（图2）。
图2：非活性小分子被改造为核糖核酸酶靶向嵌合体后可以靶向降解pre-miR-155并在体外细胞和小鼠模型中抑制三阴乳腺癌的扩散。
研究人员进而尝试将此技术应用与其它的“不可成药”（undruggable）靶点，包括c-MYC蛋白和c-JUN蛋白。这两种蛋白都是重要的癌症靶点，但因为它们自身缺乏稳定的蛋白构象，因此通过小分子直接靶向蛋白本身极为困难且尚无成功案例【4,5】。研究人员通过生物信息学的方法在Inforna数据库中快速找到分别与MYC以及JUN的mRNA相结合的两类小分子化合物。值得注意的是，这两个小分子本身都缺乏生物活性，即它们与靶点RNA的结合并不能影响其正常的翻译功能。研究人员将它们改造为对应的核糖核酸酶靶向嵌合体之后，它们获得了生物活性并在细胞内精准地靶向降解各自的靶向RNA。进一步的细胞生物学实验验证了MYC和JUN蛋白水平的下降，以及对应的癌细胞的表型改变，包括细胞增殖的抑制以及细胞凋亡的增加（图3，4）。
图3：非活性小分子被改造为核糖核酸酶靶向嵌合体后可以靶向降解c-JUN mRNA并抑制胰腺癌细胞的增殖。
图4：非活性小分子被改造为核糖核酸酶靶向嵌合体后可以靶向降解c-MYC mRNA并抑制多种癌细胞的增殖以及促进癌细胞细胞凋亡。
考虑到大量靶向RNA的小分子筛选会得到结合RNA的非活性的小分子化合物，这项可以将非活性小分子转变为RNA降解剂的技术具有巨大的应用潜力。
美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute），佛罗里达大学赫伯特沃特海研究所（The Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation & Technology）Matthew Disney课题组的博士研究生童玉铨，Yeongju Lee，博士后刘晓辉以及高级研究员（staff scientist）Jessica Childs-Disney为本文的共同第一作者。Matthew Disney与德国马普研究所 (Max Planck Institute) 的Herbert Waldman以及明斯特大学（University of Münster）的Frank Glorius为本文的共同通讯作者。美国莫菲特癌症中心和研究所（Moffitt Cancer Center & Research Institute）的John Cleveland课题组以及斯克里普斯研究所的Alexander Adibekian课题组也为此研究做出了重要贡献。
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06091-8
参考文献
1.Costales, M. G. et al. Small-molecule targeted recruitment of a nuclease to cleave an oncogenic RNA in a mouse model of metastatic cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 117, 2406-2411 (2020). https://doi.org:10.1073/pnas.1914286117.
2.Wreschner, D. H., McCauley, J. W., Skehel, J. J. & Kerr, I. M. Interferonaction—sequence specificity of the ppp(A2'p)nA-dependent ribonuclease. Nature 289, 414-417 (1981). https://doi.org:10.1038/289414a0.
3.Floyd-Smith, G., Slattery, E. & Lengyel, P. Interferon action: RNA cleavage pattern of a (2'-5’) oligoadenylate--dependent endonuclease. Science 212, 1030-1032 (1981). https://doi.org:10.1126/science.6165080.
4.Vleugel, M. M., Greijer, A. E., Bos, R., van der Wall, E. & van Diest, P. J. c-Jun activation is associated with proliferation and angiogenesis in invasive breast cancer. Hum. Pathol. 37, 668-674 (2006). https://doi.org:10.1016/j.humpath.2006.01.022.
5.Pelengaris, S., Khan, M. & Evan, G. c-MYC: more than just a matter of life and death. Nat. Rev.Cancer 2, 764-776 (2002). https://doi.org:10.1038/nrc904.
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