SELECTIVE TARGETING OF NUCLEIC ACIDS BY SMALL MOLECULES: A DNA STRUCTURE RECOGNITION APPROACH

La scoperta di nuovi target anticancro è il fattore chiave per lo sviluppo di terapie sempre più efficaci. Lo studio del legame selettivo a sequenze di DNA a doppia elica nella classica forma B è stato largamente impiegato al fine di direzionare piccole molecole verso porzioni polinucleotidiche definite. Più recentemente, il riconoscimento (da parte di ligandi) di porzioni non canoniche di DNA si può tradurre in un metodo vantaggioso per indirizzare questi composti verso regioni distinte del genoma. A tale proposito, le strutture G-quadruplex rappresentano un sistema interessante poiché sono ritenute fisiologicamente significative. Queste strutture “non-canoniche” di DNA si trovano alle estremità del cromosoma (telomeri) così come in varie regioni promotrici di oncogeni in cui vi è un’abbondante presenza di residui guaninici e sembrano coinvolte nella regolazione di importanti eventi biologici. Pare infatti che l'induzione e la stabilizzazione di strutture G-quadruplex dalle parte di piccole molecole porti all'inibizione dell'attività della telomerasi interferendo con l'interazione tra l’enzima e il suo substrato a singola catena. Un simile meccanismo molecolare è probabilmente coinvolto anche nel controllo della regolazione dell'espressione genica e può portare alla soppressione della trascrizione di un oncogene. Di conseguenza, “l’approccio G-quadruplex” si rivela molto interessante per lo sviluppo di una strategia anticancro specifica caratterizzata anche da una riduzione drammatica degli effetti collaterali, tipici della chemioterapia. Lo scopo di questo lavoro è lo studio delle interazioni tra nuove famiglie di piccole molecole e diverse conformazioni di DNA G-quadruplex. Queste nuove molecole sono state opportunamente progettate apportando sostituzioni di atomi o gruppi funzionali basate sulla valutazione di composti precedentemente studiati al fine di aumentare la loro selettività per strutture G-quadruplex e di ridurre gli effetti tossici. Le proprietà biofisiche e biologiche di tutti i nuovi derivati sono state valutate al livello molecolare e cellulare. Il lavoro di tesi si divide in tre parti in base alle caratteristiche strutturali dei composti. La prima parte è dedicata alla studio di dicationi eterociclici: si è cercato correlare modifiche nella conformazione molecolare con l’affinita’ verso strutture G-quadruplex. In particolare è stato possibile razionalizzare cambiamenti della modalità di legame in base alla struttura dei composti esaminati. Tuttavia una correlazione fra i risultati biofisici (affinità G-quadruplex) e biologici (inibizione della telomerasi e citotossicità) non è risultata sempre definita. Ciò può suggerire il coinvolgimento di bersagli cellulari diversi dal telomero umano. Nel capitolo 3, sono state studiate le proprietà di legame al DNA di alcuni derivati fenantrolinici in presenza ed in assenza di Ni (II) e Cu (II). Abbiamo confermato che complessi caratterizzati da diverse geometrie che coinvolgono una, due o tre molecole per ione possono compromettere o meno il riconoscimento del DNA o determinare cambiamenti conformazionali dell'acido nucleico. Per concludere, il capitolo 4 è dedicato allo studio di derivati del transplatino. In particolare ci siamo focalizzati nel definire la capacità dei composti di formare addotti, la natura dei complessi e la cinetica di formazione del complesso non solo con DNA a doppio filamento ma utilizzando anche substrati a singola catena come il G-quadruplex. I risultati hanno dimostrato come diverse modifiche strutturali possano avere un ruolo importante nell’interazione dei composti con gli acidi nucleici. E’ risultata interessante la loro preferenzialità a reagire con porzioni di DNA a singolo filamento rispetto a sequenze a doppia elica. Ciò è probabilmente dovuto ad uno sfavorevole orientamento dei gruppi reattivi quando la molecola interagisce con il substrato di DNA. Di conseguenza, i composti sembrano formare un cross-link tra due filamenti non appaiati. A livello cellulare, questi risultati riflettono una distinta distribuzione del sito di platinazione all’interno del genoma rispetto al cisplatino e perfino rispetto al transplatino. I risultati ottenuti incrementano la conoscenza disponibile sull’interazione tra DNA e piccole molecole. In particolare è emerso che la conservazione della modalità di interazione si correla con effetti biologici definiti. Al contrario, una variazione della modalità di legame può portare a effetti citotossici differenti. Ciò può fornire una spiegazione razionale per una successiva ottimizzazione della struttura dei composti finalizzata allo sviluppo di nuovi agenti antitumorali efficaci e selettivi.