PROTAC-driven degradation and small-molecule inhibition: parallel strategies to advance epigenetic modulation

La terapia epigenetica rappresenta un approccio innovativo nel trattamento di numerose patologie, basato sulla modulazione reversibile delle modificazioni post-traduzionali delle proteine per correggere alterazioni patologiche dell'espressione genica e ripristinare l’omeostasi cellulare. Gli inibitori selettivi di tipo “small molecule” (SMIs) e i ligandi multitarget (MTDLs) sono le strategie più consolidate, permettendo di bloccare l’attività di proteine coinvolte in processi patologici. La degradazione proteica mirata (TPD), tramite la tecnologia PROTAC, ha recentemente preso piede come strategia all’avanguardia per modulare i target biologici. I PROTACs inducono la degradazione forzata di specifiche proteine tramite il sistema ubiquitina-proteasoma, anche per proteine con attività non-enzimatica. Composti da un ligando per il bersaglio proteico e uno per una E3 ligasi, i PROTACs avvicinano le due proteine, forzando l’ubiquitinazione e la successiva degradazione della proteina target. Questo lavoro di ricerca propone un approccio parallelo, sfruttando sia la TPD che l'inibizione selettiva e multitarget, per sviluppare nuovi agenti terapeutici contro gli enzimi epigenetici “erasers”, come le deacetilasi istoniche (HDAC) e la demetilasi lisina-specifica 1A (LSD1). Questi enzimi rimuovono i segni epigenetici da istoni e altre proteine, regolando la struttura della cromatina e l'espressione genica. La loro disregolazione contribuisce a diverse patologie, rendendoli bersagli terapeutici d'interesse. La mia ricerca si è focalizzata sullo sviluppo di PROTACs con potenziale terapeutico, con quattro progetti principali. In primo luogo, sono stati sviluppati PROTACs diretti contro HDAC6, basati su un inibitore selettivo proprietario, come agenti antifibrotici per la fibrosi polmonare idiopatica (IPF). Questi composti sono tra i primi esempi di PROTACs nell’IPF e hanno mostrato promettente attività preclinica, degradando efficacemente HDAC6 e ripristinando parzialmente la morfologia fisiologica dei fibroblasti. In secondo luogo, sono stati sintetizzati PROTACs diretti contro le isoforme nucleari della Classe I di HDAC, attualmente in esame per le loro proprietà antitumorali in modelli di carcinoma colorettale (CRC). Inoltre, sono stati progettati PROTACs selettivi contro HDAC1 come potenziale terapia per la leucemia linfatica cronica (CLL), proponendo nuove prospettive sul targeting isoforma-selettivo. In un progetto esplorativo, ho cercato di sviluppare degraders contro LSD1, utilizzando strategie di reclutamento covalente e non-covalente, al fine di identificare il primo PROTAC diretto contro questo bersaglio, ancora poco esplorato. Parallelamente, sono stati esplorati approcci complementari basati sull'inibizione enzimatica, tramite lo sviluppo di MTDLs e SMIs, principalmente contro HDAC. Ho partecipato allo sviluppo di librerie di ligandi duali per HDAC6 e HDAC8, HDAC1 e LSD1, e HDAC e FAAH, testati in modelli preclinici. In particolare, inibitori duali HDAC6/8 a scaffold ferulico e vanillico sono stati sviluppati e testati per la loro attività antiproliferativa in modelli di glioblastoma multiforme, mentre gli MTDLs contro LSD1 e HDAC1, ottenuti per "merging" di farmacofori, hanno mostrato effetti neuroprotettivi in modelli murini di retinite pigmentosa. Inoltre, sono stati ottenuti i primi MTDLs diretti contro HDAC e FAAH, capaci di modulare simultaneamente il sistema endocannabinoide e la macchina epigenetica, sintetizzati e valutati in modelli cellulari di stress ossidativo. Per quanto riguarda gli SMIs, sono stata coinvolta nella sintesi di una libreria di inibitori di HDAC6 a scaffold isoindolinico o tetraidroisochinolinico, testati in modelli di IPF, e di inibitori di HDAC1 con scaffold arilpiperazinico o arilazetidinico, progettati per trattare tumori del sangue, come la leucemia a cellule capellute (HCL). In conclusione, l’approccio di degradazione e inibizione di bersagli epigenetici proposto rappresenta un passo avanti nello sviluppo di strumenti innovativi per trattare patologie complesse. I risultati ottenuti aprono nuove prospettive per l’impiego di terapie epigenetiche mirate, valorizzando ulteriormente il potenziale terapeutico della tecnologia PROTAC.