Взаємодія рнк з антибіотиками

Багато з РНК є потенційними мішенями терапевтичних заходів через їх здатність взаємодіяти з невеликими синтетичними молекулами. Одною з найважливіших цілей у даному відношенні є регіон РНК вирусу імунодефіциту людини, який є сайтом приєднання білку Транс-активатору транскрипції (Tat) даного вірусу, тому називається чутливим елементом транс-активації транскрипції (TAR). У складі білку є специфічний аргінін-збагачений регіон, який відповідає за розпізнавання конформації TAR на РНК. Також за допомогою ЯМР було визначено декілька сайтів приєднання лікувальних засобів та інгібіторів всередині TAR, наприклад, для ацетилхлорпромазину.

Багато з антибактеріальних антибіотиків, як відомо, діють на рівні білок-синтетичного апарату клітини, але менш відомим є те, що левина доля з них працює через приєднання до рРНК та інших видів РНК, що призводить до блокування трансляції. Наприклад, у 2005 році Ту з колегами отримали кристалічні структури низки малих субодиниць рибосоми з організму H. marismortui з приєднаними до них антибіотиками еритроміцином, азитроміцином, кліндаміцином, вірджиніаміцином S та телітроміцином. Всі з даних субодиниць містили мутацію G2099A у рРНК, яка збільшує спорідненість до еритроміцину, що свідчить про можливе приєднання їх до рРНК.

У 2002 році Хансеном зі співробітниками було проаналізовано дію чотирьох антибіотиків родини макролітів (карбоміцину А, спіраміцину, тилозину та азитроміцину), та виявлено, що ці антибіотики приєднуються до РНК малої субодиниці рибосоми у районі білкового тунелю, що прилягає до пептидил-трансферазного сайту, таким чином блокуючи вихід ростучого пептиду з рибосоми.

Більш швидким та точним підходом у вивченні приєднання антибіотиків до рибосоми є отримання кокристалів цих речовин разом з мінімальним сайтом приєднання до рРНК, що дозволяє опуститися нижче 3 А роздільної здатності. Таким методом було проаналізовано комплекси рРНК з аміноглікозидними антибіотиками гентаміцином С1А, канаміцином А, рібостаміцином, лівідоміцином А, неоміцином В, що було здійснено Франсуа з колегами у 2004 році. Ханнесіаном у 2007 році було вивчено подібні комплекси, що включали у себе рРНК малої субодиниці та похідні паромоміцину. Сам паромоміцин, якщо приєднаний до РНК, являє собою молекулу у формі літери L, його взаємодія з РНК відбувається у А-сайті рибосоми та характеризується великою кількістю водневих та електростатичних контактів, які в принципі співпадають з місцями приєднання аміноглікозидних антибіотиків у тому ж А-сайті (слайд 40). Було запропоновано ряд хімічних модифікацій паромоміцину, завдяки яким можна зміцнити контакти та підвищити спорідненість антибіотику до рибосоми.

Також на основі таких досліджень було синтезовано три синтетичні похідні антибіотику енаміну, який також здатен приєднуватися до А-сайту (слайд 40), як показано Мюреєм у 2006 році.

Першим антибіотиком для лікування туберкульозу був стрептоміцин (слайд 40), хоча зараз вже нікто не лікує ним цю хворобу, через його значні побічні ефекти. Дія даного антибіотику реалізується через приєднання до 16S-рРНК, була також отримана кристалічна структура його разом з цілою 30S-субодиницею Картером у 2000 році. Було виявлено, що взаємодія включає у себе розпізнавання усіх трьох кілець у складі молекули. Цікаво, що кокристалічна структура цього антибіотика з 40-мером аптамерної РНК, отримана Терешко з колегами у 2003 році показує іншу будову комплексу з РНК, яка згортається у вигляді літери L (слайд 41а та b). Причому лише одна з частин молекули антибіотика – шестичленне кільце стрептози повністю ховається у приєднальну «кишеню», яка сформована двома асиметричними внутрішніми петлями РНК та стабілізується декількома водневими зв’язками.