分享一篇發表在JACS上的文章，題目為"Discovery of RNA-Reactive Small Molecules Guides the Design of Electrophilic Modules for RNA-Specific Covalent Binders"。通訊作者是Scripps研究所的Matthew D. Disney教授，課題組專注于RNA化學生物學與靶向治療研究。
RNA結構在非編碼和編碼轉錄本的功能與dysfunction中扮演關鍵角色，靶向RNA結構的小分子是調控其功能的重要策略。然而，傳統方法如基于序列或結構的設計以及高通量篩選雖能識別RNA結合劑，但共價RNA靶向化合物仍較少見。本研究旨在開發一種高效篩選方法，識別能與RNA形成穩定共價加合物的小分子，并指導設計RNA特異性共價結合物。
作者首先建立了基于MALDI-TOF質譜的高通量篩選平臺，用于評估共價化合物庫與RNA的反應性。該庫包含2000種小分子，涵蓋多樣親電體（如α,β-不飽和酰胺、氯乙酰胺、亞胺）和潛在RNA結合元素。以肌強直性營養不良1型（DM1）相關的r(CUG)exp重復擴展RNA為模型，其包含1×1核苷酸UU內環結構。篩選通過毛細管電泳遷移率變動assay和MALDI-TOF分析共價加合物形成。結果顯示，9種氮芥衍生物中5種（如chlorambucil、uramustine）能顯著改變RNA電泳遷移率，MALDI-TOF進一步驗證加合物形成，其中化合物2和4反應性最強。
意外的是，24種命中化合物均含3-氯戊酰胺親電體模塊，該模塊傳統上被認為SN2反應活性低，但能通過可能oxetane中間體機制高效修飾RNA。統計表明，3-氯戊酰胺的命中率（24/49, 49%）顯著高于其他親電體（10/1951, 0.5%），凸顯其獨特性。機制研究表明，該親電體特異性靶向鳥嘌呤N7位點，經硼氫化鈉還原實驗證實修飾導致脫堿基位點形成，支持N7烷基化機制。
為增強選擇性和效力，作者將3-氯戊酰胺與已知RNA結合模塊（如Hoechst衍生物）偶聯，設計化合物20。該 conjugate 在低μM濃度下對r(CUG)exp RNA實現近完全修飾（93%加合物形成），且對缺乏UU內環的RNA或DNA反應性低（13倍選擇性）。分子對接表明，結合模塊將親電體定位于RNA major groove，靠近鳥嘌呤N7，而DNA結合則使親電體處于minor groove，避免反應，從而解釋選擇性。
該篩選策略不僅發現新型RNA反應性親電體，還揭示非共價結合元素對共價修飾的促進作用。例如，化合物20的反應濃度從mM降至μM級，效力提升100倍以上。此外，該方法可擴展至其他RNA靶點，為開發RNA特異性共價藥物提供平臺。潛在應用包括治療DM1等重復擴展疾病，以及探索RNA在細胞中的分子識別機制。
總之，本研究通過創新篩選方法揭示3-氯戊酰胺作為RNA靶向親電體的潛力，結合合理設計實現高選擇性修飾，為RNA化學生物學和治療學開辟新路徑。未來通過優化結合親和力和親電體定位，有望開發出更高效的RNA靶向療法。
本文作者：TZS
責任編輯：WYQ
DOI：10.1021/jacs.5c06802
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c06802
