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Small-molecule screening of ribonuclease L binders for RNA degradation - 10/09/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.113589 
Lydia Borgelt a, b, c, 1, Neele Haacke a, b, c, 1, Philipp Lampe b, d, 1, Xiaqiu Qiu a, b, c, Raphael Gasper e, Damian Schiller c, Jimin Hwang a, b, c, Sonja Sievers b, d, Peng Wu a, b,
a Chemical Genomics Centre, Max Planck Institute of Molecular Physiology, Dortmund 44227, Germany 
b Department of Chemical Biology, Max Planck Institute of Molecular Physiology, Dortmund 44227, Germany 
c Faculty of Chemistry and Chemical Biology, TU Dortmund University, Dortmund 44227, Germany 
d Compound Management and Screening Center, Dortmund 44227, Germany 
e Crystallography and Biophysics Unit, Max Planck Institute of Molecular Physiology, Dortmund 44227, Germany 

Corresponding author at: Chemical Genomics Centre, Max Planck Institute of Molecular Physiology, Dortmund 44227, Germany.Chemical Genomics Centre, Max Planck Institute of Molecular PhysiologyDortmund44227Germany

Abstract

Small molecules targeting the ubiquitous latent ribonuclease (RNase L), which has limited sequence specificity toward single-stranded RNA substrates, hold great potential to be developed as broad-spectrum antiviral drugs by modulating the RNase L-mediated innate immune responses. The recent development of proximity-inducing bifunctional molecules, as described in the strategy of ribonuclease targeting chimeras, demonstrated that small-molecule RNase L activators can function as the essential RNase L-recruiting component to design bifunctional molecules for targeted RNA degradation. However, only a single screening study on small-molecule RNase L activators with poor potency has been reported to date. Herein, we established a FRET assay and conducted a screening of 240,000 small molecules to identify new RNase L activators with improved potency. The extremely low hit rate of less than 0.03% demonstrated the challenging nature of RNase L activation by small molecules available from current screening collections. A few hit compounds induced enhanced thermal stability of RNase L upon binding, although validation assays did not lead to the identification of compounds with significantly improved RNase L activating potency. The sulfonamide compound 17 induced a thermal shift of ~ 0.9 °C upon binding to RNase L, induced significant apoptosis in cancer cells, and showed single-digit micromolar inhibitory activity against cancer cell proliferation. This study paves the way for future structural optimization for the development of small-molecule RNase L binders.

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Graphical Abstract




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Highlights

Established a highly optimized assay for small-molecule RNase L activator screening.
Identified small molecules that induced RNase L thermal stability upon binding.
Compound 17 induced apoptosis and inhibited proliferation of cancer cells.
Demonstrated the need of screening molecules covering unconventional chemical space.

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Abbreviations : 2’-5’A, BHQ, FAM, IBQ, nanoDSF, FRET, OAS, PAGE, PAINS, RNase L, ssRNA

Keywords : Small molecules, Binders, Innate immune response, Ribonuclease, RNA degradation


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