Ligands-mediated modulation of G-quadruplex structures within the HIV-1 genome during lytic and latent state of infection

I G-quadruplex (G4s) sono strutture secondarie non canoniche degli acidi nucleici che sono state identificate in regioni regolatorie del genoma umano, così come in quelle di molti virus. Il gruppo di ricerca della Professoressa Richter ha precedentemente identificato strutture G4 altamente conservate nella regione U3 del genoma di HIV-1 e anche in una regione promotoriale del genoma provirale. In questa tesi tratteremo di come i G4 presenti nell’RNA e nel DNA di HIV-1 possano essere modulati da vari ligandi (sia proteine che composti chimici), ottenendo così la modulazione di importanti processi virologici. La scoperta di meccanismi finora sconosciuti nella regolazione dell’infezione da HIV-1 potrebbe portare all’identificazione di nuovi target per la progettazione di specifici inibitori da poter proporre come antivirali. Inizialmente ci siamo concentrati sull’identificazione di nuove proteine in grado di legare gli RNA G4 e sulla loro conseguente modulazione. Abbiamo dimostrato che la proteina virale nucleocapside (NCp7) è in grado di legare e svolgere il G4 nella regione U3 di HIV-1. E’ importante sottolineare che la risoluzione della struttura G4 mediata da NCp7 è stata osservata favorire il processo di trascrizione inversa. Al contrario, il ligando BRACO-19 (B19), stabilizzando il ripiegamento dell’RNA a G4, ha ostacolato la progressione della trascrittasi inversa, anche contrastando l’attività destabilizzante di NCp7. Da un lato, i nostri dati hanno sottolineato la forza della proteina NCp7 come chaperone che risolve le strutture G4 altamente stabili dell’RNA di HIV-1 al fine di consentire la trascrizione inversa virale. Dall’altro lato, abbiamo portato una nuova conseguenza dell’attività del ligando G4, legata all’inibizione dell’attività della trascrittasi inversa e di NCp7. Queste informazioni hanno messo in evidenza la possibilità di sviluppare ligandi selettivi per il G4 dell’RNA U3 di HIV-1 al fine di proporre terapie anti-HIV-1 più efficaci con un meccanismo d’azione innovativo. Siamo poi passati ad indagare il ruolo regolatorio che le strutture G4 nel DNA LTR di HIV-1 possono avere sulla latenza. Abbiamo dimostrato per la prima volta il folding autentico dei G4 virali nell’LTR in un contesto di cromatina latente, in cui il promotore si trova in uno stato inattivo. Inoltre, la stabilizzazione dei G4 dell’LTR mediata da due ligandi G4 ha inibito la trascrizione virale, contrastando così la riattivazione virale dalla latenza. Abbiamo quindi presentato la possibilità di bersagliare selettivamente i G4 virali nell’LTR di HIV-1 per controllare la latenza virale e sviluppare farmaci antiretrovirali innovativi per gestire l’infezione da HIV-1. In questo contesto, colpire selettivamente i G4 dell’LTR costituisce la base per l’avanzamento di nuovi composti antivirali con un meccanismo d’azione senza precedenti. Tuttavia, la maggior parte dei ligandi G4 presenta pesi molecolari elevati e sostituenti protonati che possono causare problemi di scarsa biodisponibilità quando sottoposti a studi in vivo. Di conseguenza, ci siamo focalizzati sullo studio dell’attività antivirale di una nuova serie di composti derivati dalla Quindolina che presentano caratteristiche chimico-fisiche più promettenti. I nostri risultati hanno dimostrato l’importanza di sviluppare piccole molecole per colpire selettivamente i G4 virali al fine di gestire le infezioni virali.