G-QUADRUPLEXES IN THE HIV-1 GENOME AS ANTIVIRAL TARGETS

Sequenze di acidi nucleici ricchi di guanine possiedono la capacità di ripiegarsi in conformazioni secondarie non canoniche dette G-quadruplex. La presenza di sequenze G-quadruplex è stata evidenziata in numerose regioni del genoma umano, ad esempio le estremità telomeriche, i promotori di oncogeni e diverse sequenze codificanti. In particolare, la formazione di strutture G-quadruplex a livello delle regioni promotoriali del genoma umano risulta correlata al silenziamento dell’espressione genica. E’ interessante notare come la presenza di sequenze G-quadruplex nei promotori sia stata descritta anche per genomi di altri organismi eucarioti, tra cui lieviti, e procarioti. Queste evidenze supportano fortemente una funzione regolatoria ubiquitaria svolta dalle strutture G-quadruplex a livello promotoriale, dove agiscono per lo più come silenziatori. Inoltre, anche la presenza di strutture G-quadruplex in sequenze codificanti del genoma umano può regolare l’espressione genica, perturbando il processo di trascrizione. Il presente lavoro di tesi ha avuto come scopo principale lo studio della presenza e della formazione di strutture G-quadruplex a livello del genoma provirale di HIV-1 al fine di valutare possibili effetti antivirali mediati dalla stabilizzazione di queste strutture secondarie. A livello della regione LTR di HIV-1, dove è situato il promotore virale, abbiamo dimostrato la presenza di strutture G-quadruplex analoghe a quelle già descritte a livello di promotori eucariotici. I risultati ottenuti evidenziano per la prima volta una regolazione dell’espressione genica virale da parte di queste strutture. La stabilizzazione delle strutture G-quadruplex virali, mediata da un ligando specifico, è risultata sufficiente a reprimere l’attività promotoriale del virus. Lo stesso composto è risultato inoltre efficace nell’inibire la produzione di HIV-1 in cellule infettate. Anche a livello di sequenze codificanti proteine virali, in particolare la proteina accessoria Nef, abbiamo individuato un cluster di sequenze che possono formare strutture G-quadruplex. L’induzione e la stabilizzazione di queste strutture secondarie mediate da un ligando specifico hanno determinato una significativa riduzione dell’espressione della proteina, supportando ulteriormente la possibilità di una regolazione dell’espressione genica mediata dai G-quadruplex. Inoltre, il medesimo composto è risultato efficace nell’inibire la replicazione virale in cellule infettate con un meccanismo d’azione Nef-dipendente. Infine, è stato effettuato uno screening di ligandi G-quadruplex per valutarne il possibile effetto anti-HIV-1. Diversi composti sono risultati promettenti inibitori virali e sono stati oggetto di caratterizzazioni più approfondite per quanto riguarda il meccanismo d’azione antivirale. I risultati presentati in questa tesi pongono le basi per un’azione anti-HIV-1 mediata da strutture G-quadruplex indotte o stabilizzate da piccole molecole erappresentano un importante punto di partenza per lo sviluppo di composti antivirali con un meccanismo d’azione innovativo.