RIBOTAC技术-可靶向并彻底降解新冠病毒(COVID-19)基因组

▉ 导读

PROTAC

PROTAC是 proteolysis targeting chimera的缩写，即蛋白降解靶向嵌合体，是一种双功能小分子，一端是结合靶蛋白的配体，另一端是结合E3泛素连接酶的配体，通过一段 linker 连接。在体内可以将靶蛋白和E3酶拉近，使靶蛋白被打上泛素标签，然后通过泛素—蛋白酶体途径降解。

RIBOTACs

而今天给大家介绍的这项技术名字为核糖核酸酶靶向嵌合体（ribonuclease targeting chimeras）即RIBOTACs。它一个有前景的降解RNA的新策略，RIBOTACs是基于小分子选择性结合RNA，特别是形成复杂的二级和三级结构的RNA。他们的关键创新是将RNA结合分子转化为RNA降解分子，通过将RNA结合分子与一个小分子结合并激活RNase L(一种潜在的核糖核酸酶)来发展RIBOTACs概念的。这篇文献主要运用该技术靶向新冠病毒RNA基因组，抑制RNA的移码，并且募集细胞核糖核酸酶彻底干掉新冠病毒。

▉ 文献概要

新冠病毒基因组genome

2019年底，一种呼吸性疾病很快覆盖全球，它就是COVID-19。COVID-19是由具有RNA基因组的SARS-CoV-2病毒引起的全球大流行。作者的整体思路是先设计了结合或降解新冠病毒中结构性功能元件的小分子，以抑制病毒繁殖所必需的过程，再将该配体进一步加工成靶向核糖核酸酶的嵌合体（RIBOTAC）以募集细胞核糖核酸酶以破坏病毒基因组。

▉ 文献内容

首先对SARS-CoV-2基因组的结构进行分析，作者在移码元件（FSE）中确定了结构趋同的位点，该位点控制着pp1a和pp1ab多聚蛋白的翻译，这对于病毒复制和发病机理至关重要。该FSE包括一个Attenuator hairpin（AH），Slippery Site（SS），以及三梗假结,它们共同可以使核糖体暂停以启动移码，从而改变mRNA的蛋白质编码含量。有趣的是，增强FSE的热力学稳定性会损害移码效率。因此，抑制移码的另一种方法是通过结构特异性配体的结合而使FSE稳定，这已被证明对其他病毒FSE有效。AH在其茎中带有1×1核苷酸UU内部环,且该基序的保守性表明UU环确实是一个真正的结构，其结合可能抑制FSE功能。于是作者通过使用AbsorbArray实验，在化合物库中筛选了3271个化合物，得到了如下几类可以和RNA结合的命中化合物（下图）。并在后续实验中验证了C5可以显著性的抑制SARS-CoV-2-FSE的移码能力。

接着作者采用他们前期建立的靶点垂钓的实验---Chemical Cross-Linking and Isolation by Pull-Down (Chem-CLIP), 具体来说就是基于邻近性的反应使得RNA结合的小分子共价连接到靶蛋白上。通过对化合物C5的结构改造之后，作者得到了小分子C5-Chem-CLIP，结构下图所示。通过在细胞水平或者和与SARS-CoV-2结构类似的SARS-CoV孵育，靶点垂钓实验可以证明小分子C5-Chem-CLIP可以特异性的与SARS-CoV-2结合。此外，竞争实验也可以证明C5-Chem-CLIP的中靶效应。

最后作者猜测能否通过将简单的结合小分子（例如C5）转化为募集内源核酸酶以催化和亚化学计量地裂解靶标的化合物或靶向核糖核酸酶的嵌合体（RIBOTAC），以便捷的方式增强化合物的效能和选择性。于是作者想通过将小分子改造为可以结合杂环RNase L-募集分子来定向降解SARS-CoV-2 RNA。通过对化合物结构改造，他们得到了C5-RIBOTAC和C5-C14,其中C5-C14的活性相对较弱，如预期的那样，C5-RIBOTAC和C5-C14都可以降低SARS CoV-2 FSE的移码效率，且在细胞水平上C5-RIBOTAC可以特异性降SARS-CoV-2 FSE（下图）。

▉ 总结

简言之，从疫苗开发到药物再利用和发现，科学界正在采取多种策略来应对持续的SARS-CoV-2大流行。对于新冠病毒深度研究揭示了病毒基因组中的稳固结构，作者测试了SARS-CoV-2移码元件的可药用性，并且作者设计了通过两种不同的作用方式选择性的抑制SARS-CoV-2移码的小分子。简单把小分子和可募集在病毒免疫应答中起作用的内源核酸酶的配体分子，实现了降解病毒基因组的目的，为新冠药物的开发提供了借鉴和启发。

文章出处：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.0c00984?fig=fig1&ref=pdf

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