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限制微RNA轉錄因子活性的小分子篩選方法
閱讀：802 發布時間：2014-2-24據《化學與工程新聞》（C&EN）周刊2014年2月17日報道，美國斯克利普斯研究所（The Scripps Research Institute）和布法羅大學（The University at Buffalo）的研究人員合作，研究發現小分子可以抑制微小核糖核酸（微RNA）轉錄因子的活性(Small Molecules Block Activity of MicroRNA Transcription Factors),這項研究結果對于藥物發現意義重大，因為阻礙或限制微RNA就意味著使癌細胞中的致死基因保持沉默而不會興風作浪。要在成千上萬的分子中找到可以限制微RNA活性的小分子可以說如同大海撈針，技術分析小分子(形狀)和折疊RNA序列(黑色線條) 之間的相互作用(見下圖中的上方圖示)，來識別可以限制與癌癥相關的微RNA-96(如左下角圖示)活性的苯并咪唑(如右下角圖示)之類的藥劑。
NEEDLE IN A HAYSTACK
Technique analyzes interactions (top) between small molecules (shapes) and folded RNA sequences (black lines) to identify agents such as a benzimidazole (bottom right) that blocks cancer-associated miRNA-96 (bottom left).
研究人員開發了一種可以確定具有限制微小核糖核酸（miRNAs）功能的小分子的計算方法，該方法對于癌癥和其他疾病的目標細胞而言是非常重要的。研究結果于2014年2月9日在《天然化學生物學》(Nature Chemical Biology)雜志發表——Sai Pradeep Velagapudi, Steven M Gallo，Matthew D Disney. Sequence-baseddesign of bioactive small molecules that target precursor microRNAs. Nature Chemical Biology; Published online 09 February 2014; DOI:10.1038/nchembio.1452。這類可以限制微RNA活性的藥劑之一，具有一種選擇性的抗癌活性,表明基于此方法篩選的藥物可能比傳統癌癥化療藥物的副作用更少。
miRNAs是三維折疊的蛋白質未編碼的RNA類小分子，而且可調節基因轉錄。在各種疾病如癌癥中則出現過表達，在免疫反應中起到調節關鍵步驟的作用。
諾貝爾獎得主、分子生物學家和生物化學家、美國麻省理工學院的菲利普·A·夏普（Phillip A. Sharp）教授對此研究成果評議認為，除了抗生素將細菌核糖體中的RNA作為目標之外，幾乎沒有開發出具有調節RNA功能作用的小分子,特別是在此之前miRNAs還沒有可行的藥物靶點。但是，這種新技術的能力就是來確定可以限制miRNA活性，“提供一組新藥物”的小分子，來彌補以往之空缺。
美國佛羅里達斯克里普斯研究所的馬修·D·迪斯尼(Matthew D. Disney)和開發這種新方法的同事們，用其已經確定了20多種可以與miRNAs相應位點相互作用的小分子。其*的候選藥物就是一種苯并咪唑（benzimidazole）化合物，會使miRNA-96的功能失去活力,而miRNA-96就是一種與癌癥有關的miRNA。其活性類似于以前開發的miRNA-96-inhibiting antagomirs,這些物質都是一些通過特殊序列結合的，可以限制miRNA活性的寡核苷酸類物質（oligo-nucleotides）。但antagomirs不容易進入細胞,在體內迅速降解,而小分子如苯并咪唑類（benzimidazoles）類物質可以透過細胞,且往往持續時間更長。miRNA antagomir是經過特殊化學修飾的miRNA拮抗劑，通過與體內的成熟miRNA強競爭性結合，阻止miRNA與其靶基因mRNA的互補配對，抑制miRNA發揮作用。與普通抑制劑相比，miRNA antagomir在動物體內外具有更高的穩定性和抑制效果，且能克服體內細胞膜、組織等障礙富集于靶細胞。antagomir在細胞實驗中不需要轉染試劑，從而避免了轉染試劑包裝過程的復雜步驟及其對實驗的影響。在動物實驗中可用全身或局部注射、吸入、喂藥等方法進行給藥，作用效果持續時間可長達數周。
與antagomirs不同,苯并咪唑與miRNA-96前體中的折疊結構基元結合,并不是與其本身的序列結合。小分子限制或阻礙miRNA-96的正常功能，即在癌細胞內抑制誘導凋亡FOXO1蛋白，該蛋白可能是一種細胞增殖的負性調節因子,同時亦是一種細胞凋亡促進因子，苯并咪唑是通過細胞凋亡而引起腫瘤細胞死亡。但是它并不會對沒有FOXO1蛋白的細胞產生影響,這意味著類似苯并咪唑的藥物可能藥物副作用zui小。
為了找到抗miRNA的小分子,迪士尼及其合作者采用一個名為Inforna的計算技術從序列來預測miRNA的二級結構,然后使用一個小分子/RNA相互作用數據庫，識別可透過細胞的化合物,這種方法雖然有確定小分子藥物的能力，但是迪斯尼認為從miRNA序列來開發藥物尚有“許多疑慮有待解決。”
美國北卡羅萊納大學（University of North Carolina）的RNA折疊生物信息學家（RNA-folding bioinformatician）Alain Laederach對此研究結果評議說，“這是一項在選擇細胞調節器的核心類作為目標進行研究的突破性成果，這種類型的化學打開一個潛在治療目標的全新世界。”