De aller fleste angrepspunkter for godkjente legemidler er proteiner. De siste årene har det i økende grad blitt innsett at også RNA-molekyler utgjør lovende angrepspunkter. Sammenlignet med protein-angrepspunkter er de imidlertid sterkt underutforsket. Ved å angrepe RNA, kan funksjonene til for tiden ikke-"druggable" (druggable: kan moduleres med legemiddellignende små molekyler) proteinmedierte veier og det ikke-kodende transkriptomet moduleres, og dermed kan størrelsen på det druggable genomet økes betydelig. En stor hindring i RNA-målrettende legemiddeloppdagelse er mangelen på kunnskap om hvordan man kan skaffe legemiddellignende RNA-ligander. Hovedmålet med dette prosjektet er derfor å etablere en blåkopi for hvordan man kan designe legemiddellignende, potente, selektive og funksjonelle RNA-ligander basert på 3D-strukturen til angrepspunktet og å fremme vår forståelse av hva som driver styrken og selektiviteten til RNA-ligander på molekylært nivå. Fokus på RNA-targets som inneholder druggable bindingseter vil tillate oss å overføre metoder som ligger i forkant i strukturbasert design på proteinfeltet til RNA. Vi har valgt to nye angrepspunkter for antibiotika, FMN og TPP ribobryter (genetiske brytere i bakteriell mRNA), som modellsystemer. Nye ligander vil bli avansert gjennom "design-syntese-test" sykluser og omfattende karakterisert i form av bindingsaffinitet og kinetikk, funksjonell aktivitet, selektivitet og bindingsmoduser. Dette vil gi detaljert kunnskap om RNA-ligand-interaksjoner som er avgjørende for å fremme RNA-målrettet legemiddeloppdagelse. I tillegg vil prosjektet levere avanserte utgangspunkter for oppdagelse av antibiotika. Vi forventer at denne studien vil føre til et paradigmeskifte i RNA-feltet bort fra den for tiden ganske mislykkede "one size fits all"-tilnærmingen til en mer målsentrert tilnærming der bindingsetes natur tas i betraktning.
I løpet av det siste året har vi gjennomført følgende aktiviteter: Synteseruter til flere ulike stillaser for riboswitch-ligander er utviklet, og en rekke endelige analoger er syntetisert. I tillegg har vi syntetisert en svært aktiv riboswitch-ligand som er rapportert i litteraturen, og som kan brukes som en positiv kontroll for utvikling av analyser og testing av forbindelser. Videre ble tre ulike biofysiske metoder optimalisert slik at vi kan undersøke riboswitch-småmolekyl-interaksjoner på en effektiv og reproduserbar måte. En av analysene er spesielt godt egnet til å avgjøre om en ligand binder seg til det samme bindingsstedet som den naturlige riboswitch-liganden. Disse metodene har senere blitt brukt til å screene fragmentligander for nye riboswitch-ligander. Metodene ble også brukt til å bestemme bindingsaffiniteten til ligandene som ble syntetisert i dette prosjektet. I tillegg har vi brukt beregningsmetoder for å forutsi bindingsmåtene til fragmenttreffene. Disse modellene kan nå bidra til å veilede optimaliseringen av treffene. Til slutt har vi utviklet et krystalliseringssystem som produserer krystaller av FMN-riboswitchen på en pålitelig måte. Dette vil være svært nyttig i fremtiden for å bestemme bindingsmåtene til riboswitch-ligander eksperimentelt.
The vast majority of targets for approved drugs are proteins. In recent years, it has been increasingly realized that also RNA molecules constitute promising targets. However, compared to protein targets, they are vastly underexplored. By targeting RNA, the functions of currently undruggable protein-mediated pathways and the non-coding transcriptome can be modulated and thus the size of the druggable genome can be increased substantially. A major obstacle in RNA-targeting drug discovery is the lack of knowledge on how to obtain drug-like RNA ligands. The main goal of this project is therefore to establish a blueprint on how to design drug-like, potent, selective, and functional RNA ligands based on the 3D structure of the target and to advance our understanding of what drives potency and selectivity of RNA ligands on the molecular level. Focusing on RNA targets that contain druggable binding site will allow us to transfer methods that are at the forefront in structure-based design in the protein field to RNA. We have chosen two emerging targets for antibiotics, the FMN and TPP riboswitches (genetic switches in bacterial mRNA), as model systems. Hit compounds will be advanced through “design-synthesis-test” cycles and extensively characterized in terms of binding affinity and kinetics, functional activity, selectivity, and binding modes. This will deliver detailed knowledge about RNA-ligand interactions which is crucial to advance RNA-targeted drug discovery. In addition, the project will deliver advanced starting points for antibiotic drug discovery. We anticipate that this study will lead to a paradigm shift in the RNA field away from the currently rather unsuccessful “one size fits all” approach to a more target-centred approach where the nature of the binding site is taken into account. To achieve the ambitious goals, we have assembled an interdisciplinary team of experts in RNA biology, structure-based design, medicinal and organic chemistry, and drug discovery.