基于结构导向的设计：一种针对核糖开关的生物活性共价小分子靶向剂

《Journal of the American Chemical Society》：Structure-Guided Design of a Bioactive Covalent Small Molecule Targeting a Riboswitch

共价RNA探针设计为靶向未配对鸟嘌呤，通过结构导向策略开发新型RNA调节剂，验证其在FMN核糖开关中的特异性共价修饰及反向激动剂效应。

　　RNA作为药物靶点的潜力近年来备受关注，尤其是在开发针对人类疾病的新疗法方面。RNA的结构多样性和功能调控机制使其成为传统蛋白靶点之外的有力替代，特别是在处理那些结构不稳定或被认为难以成药的蛋白靶点时。然而，尽管RNA靶点具有广阔的应用前景，其针对的小分子药物开发仍面临诸多挑战，尤其是如何实现对特定RNA结构的精准修饰。为此，研究者们探索了基于共价反应机制的小分子药物设计策略，以期能够更有效地调控RNA功能。

在本研究中，科学家们聚焦于一种新型的小分子探针，其设计目标是靶向RNA中未配对的鸟嘌呤残基。传统的电荷转移探针往往倾向于与鸟嘌呤的N7位发生反应，而这一位置在配对和未配对的鸟嘌呤中均具有较高的亲核性，导致其对RNA的修饰具有一定的非特异性。相比之下，苯基乙醛（phenylglyoxal）及其衍生物能够通过不同的共价机制，选择性地与未配对鸟嘌呤的N1和N2位发生反应，从而形成两种可能的咪唑嘌呤酮（imidazopurinone）异构体。这种选择性反应为开发更具针对性的RNA靶向药物提供了新的思路。

为了验证这一策略的有效性，研究人员以FMN（黄素单核苷酸）核糖开关（riboswitch）作为模型系统。FMN核糖开关是一种位于细菌mRNA 5′-领头序列中的RNA结构，能够通过响应黄素代谢产物调控基因表达。该结构的特征在于其配体结合口袋中存在多个未配对的鸟嘌呤残基，这使得它成为一种理想的靶点。基于此，研究团队设计了一种新型的共价探针A1，其结构在保留FMN分子核心功能的基础上，将苯基乙醛作为反应基团引入。这种设计使得A1能够通过结合诱导的亲近效应，选择性地修饰RNA中未配对的鸟嘌呤残基，从而改变核糖开关的构象。

实验结果表明，A1在与FMN核糖开关反应后，能够有效修饰特定的鸟嘌呤位点，如G11和G62。通过荧光标记、质量分析和逆转录酶停顿实验，研究人员确认了A1对这些位点的修饰作用，并进一步揭示了其在细胞中的生物学效应。与FMN不同，A1表现出相反的调控效果，即促进基因表达，而不是抑制。这一发现不仅验证了共价修饰在RNA调控中的可行性，还表明通过结构引导设计可以开发出具有独特作用机制的小分子药物。

此外，研究还通过竞争实验进一步验证了A1的作用机制。当A1与FMN或核糖素（riboflavin）共存时，其对核糖开关的修饰能力显著降低，这表明A1的修饰依赖于其与核糖开关结合口袋的相互作用，而非非特异性反应。这种结合诱导的共价修饰机制为未来开发RNA靶向药物提供了新的思路，尤其是在提高药物选择性和特异性方面。

本研究的成果表明，通过结构引导设计，可以有效地开发出针对RNA的共价小分子药物。苯基乙醛作为一种新型的反应基团，不仅能够实现对特定RNA结构的精准修饰，还能够通过其刚性的芳香环结构，提高与RNA残基的结合亲和力。这为RNA靶向药物的设计提供了新的工具和方法，同时也为探索RNA调控的新机制打开了大门。未来的研究将进一步验证这种反应模块的广泛适用性，并深入理解其作用机制，从而推动RNA靶向药物在疾病治疗中的应用。