New Molecular Devices for Selective Structural Modifications of G-Quadruplex Folded Oligonucleotides

Nell’ultimo decennio un sempre più crescente interesse è stato rivolto nei confronti del riconoscimento selettivo dei quartetti di guanina (G-quadruplex), strutture supramolecolari in grado di auto-assemblarsi in condizioni fisiologiche da oligonucleotidi ricchi di residui guaninici. La ragione di ciò risiede nel fatto che tali strutture sembrano agire come regolatori di processi a livello cellulare. Infatti, esistono svariati esempi in cui, soprattutto in vitro, molecole o anticorpi in grado di riconoscere e stabilizzare quartetti di guanina influenzino drasticamente il processo biologico in cui l’oligonucleotide stesso è implicato. L’inibizione indiretta della telomerasi e gli studi dell’effetto sulla trascrizione di oncogeni ne rappresentano le applicazioni più importati, assieme ai più recenti effetti sulla traduzione di RNA. Ciò rende G-quadruplex un vero e proprio target terapeutico per lo sviluppo di nuove terapie antitumorali. Questo lavoro nasce con lo scopo di creare una nuova generazione di leganti di G-4 che manifestino proprietà alchilanti attivabili mediante protocolli biocompatibili. Proprietà alchilanti non intrinseche, ma attivabili attraverso modifiche chimiche e fisiche, permetterebbero un controllo temporale del processo di alchilazione. Tali molecole agirebbero pertanto da veri e propri dispositivi molecolari preconcentrandosi sul target e stabilizzando il complesso attraverso interazioni non covalenti per poi, mediante attivazione, generare la specie alchilante così da ancorare fortemente la molecola all’oligonucleotide. Queste caratteristiche renderebbero il danno indotto irreversibile o non riparabile dai comuni processi cellulari, aumentando notevolmente l’efficacia di azione in termini di effetti farmaco-biologici. L’idea pertanto è quella di sfruttare le proprietà di riconoscimento di alcuni tra i leganti noti in letteratura equipaggiandoli, però, con una specie alchilante silente, il cui rilascio può essere controllato temporalmente mediante azione fisica o chimica. Questo nuovo tipo di molecole rappresenterebbe pertanto una classe di leganti irreversibili di G-4, mai progettata in precedenza. Per far ciò la molecola da sintetizzare deve possedere: 1) una superficie aromatica estesa ed elettron-povera che conferisca le proprietà di riconoscimento molecolare attraverso interazioni di π stacking con il target biologico. 2) un precursore di una specie alchilante che presenti una scarsa o assente reattività intrinseca modulabile mediante attivazione, possibilmente compatibile con condizioni fisiologiche. 3) una porzione molecolare facilmente modificabile per interazioni con il substrato o per attivazione chimica, che funga da “grilletto” della reattività del precursore alchilante. Nella fattispecie ci siamo concentrati sulla derivatizzazione di strutture, che dalla letteratura risultano dei buoni leganti di G-4, come Naftalendiimidi (NDI) o Naftalimmidi (NI), variamente sostituite con dei precursori di alchilanti tipo chinone metide (QM). Questi ultimi risultano particolarmente adatti a questo scopo in quanto posso essere generati da precursori molto stabili, attraverso dei protocolli di attivazione biocompatibili. Soprattutto risultano elettrofili la cui reattività è modulabile variando la natura elettronica del precursore stesso. In questo lavoro di tesi descriviamo la sintesi, la reattività e gli studi di interazione con oligonucleotidi ripegabili a strutture tipo G-4, delle molecole progettate e preparate nel corso del dottorato di ricerca. Particolare enfasi verrà posta sull’effetto indotto dal danno da alchilazione osservato e sulle potenziali applicazioni sia terapeutiche che diagnostiche. Inoltre descriveremo brevemente un progetto parallelo svolto durante il periodo trascorso all’Università di Cambridge, presso il gruppo di ricerca del Prof. Balasubramanian.