RICERCA ITALIANA     

DNA a Quadrupla Elica: Studi Strutturali e Biologici Finalizzati alla Progettazione di Nuovi Farmaci ad Attività Antitumorale o Antivirale

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

Sequenze di DNA ricche di guanine, potenzialmente in grado di organizzarsi in strutture a quadrupla elica (PQS, Putative Quadruplex Sequences), si ritrovano in diverse regioni del genoma come porzioni variabili di immunoglobuline, telomeri e promotori genici. La presenza nella cellula di proteine che legano e/o inducono la formazione di DNA a quadrupla elica (quadruplex) e di elicasi capaci di svolgerle in modo specifico, portano ad ipotizzare per queste strutture un importante ruolo biologico che, in qualche caso, è stato confermato da evidenze sperimentali in vivo. Lo studio delle interazioni tra proteine e quadruplex ha dato, inoltre, un notevole impulso alla ricerca di oligodeossiribonucleotidi (ODN) con sequenze ricche di guanine (GRO, Guanine Rich Oligonucleotides), capaci di fungere da aptameri (ODN riconosciuti specificamente da proteine e capaci di modularne l’attività) e decoy (molecole chimeriche che legandosi alle proteine le sequestrano). La ricerca scientifica in tale settore, è quindi indirizzata verso lo studio delle interazioni tra PQS e molecole di piccole dimensioni e verso la progettazione di GRO opportunamente modificati che possano fungere da aptameri o decoy, di cui studiare le caratteristiche strutturali e saggiare eventuali proprietà farmacologiche.
Il presente programma si inquadra nell’area sopra descritta e prevede la sintesi di PQS situate nei telomeri o in promotori di oncogeni come c-myc e K-ras contro cui veicolare molecole di piccole >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Luciano Mayol Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il presente progetto di ricerca ha come obiettivo fondamentale la comprensione del ruolo svolto dalle strutture a quadrupla elica del DNA negli importanti processi biologici che le vedono coinvolte, al fine di poter intervenire sul controllo dell’espressione genica in gravi patologie come il cancro o l’HIV. L’attività di ricerca necessaria per il conseguimento di tale obiettivo può essere articolata nelle seguenti quattro fasi:

1) Individuazione di PQS (Putative Quadruplex Sequences) da riprodurre sinteticamente al fine di realizzare validi modelli per lo studio delle interazioni tra PQS e molecole di piccole dimensioni capaci di favorire la strutturazione in quadruplex;
2) Progettazione, sintesi e caratterizzazione strutturale di oligodeossiribonucleotidi (ODN) con sequenze ricche di guanine (GRO) capaci di strutturarsi in quadruplex e interagire con le proteine agendo da aptameri o decoy;
3) Valutazione dell’attività biologica delle molecole oggetto di studio;
4) Sviluppo di sistemi di veicolazione per ODN di potenziale interesse terapeutico.

Nell’ambito del primo punto, l’interesse è focalizzato sui GRO presenti nella sequenza telomerica umana e nei promotori d’importanti oncogeni quali k-ras e c-myc. L’obiettivo fondamentale è, quindi, il rinvenimento di molecole capaci di stabilizzare in quadruplex tali sequenze modulando l'attività delle proteine da esse riconosciute. Nel caso della sequenza telomerica umana, la >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi dalla presente ricerca sono perfettamente coerenti con le finalità del progetto già precedentemente esposte. Uno degli obiettivi fondamentali è rappresentato dalla comprensione del ruolo svolto dalle strutture a quadrupla elica del DNA negli importanti processi biologici che le vedono coinvolte, al fine di poter intervenire sul controllo dell’espressione genica in importanti patologie quali il cancro o l’HIV. Mediante un approccio razionale e l’uso di tecniche integrate, sarà investigata l’azione antitumorale e/o antivirale di molecole a struttura oligonucleotidica, nonchè di ligandi in grado di interagire selettivamente con strutture G-quadruplex in vivo. Significativi progressi nello sviluppo di molecole antivirali e antitumorali efficaci saranno conseguiti attraverso due approcci distinti ma sinergici: sintesi di opportune sequenze oligonucleotidiche in grado di formare strutture quadruplex, allo scopo di produrre utili modelli per la comprensione delle interazioni tra PQS (Putative Quadruplex-forming Sequences) e molecole di piccole dimensioni; studio delle relazioni struttura-attività di oligodeossiribonucleotidi (ODN) in grado di formare strutture quadruplex di comprovata attività biologica e sviluppo di nuovi analoghi, in un processo di successiva ottimizzazione per l’identificazione di candidati farmaci.
Gli obiettivi principali che si intende realizzare possono essere riassunti nei seguenti quattro punti:
1) individuazione di >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Gli oligodeossiribonucleotidi (ODN) con sequenze ricche di guanine (GRO, Guanine Rich Oligonucleotide) hanno una naturale tendenza ad assemblarsi in strutture a quadrupla elica caratterizzate dalla presenza di quartetti complanari di basi unite da legami idrogeno di tipo Hoogsteen. Tali strutture, stabili in presenza di cationi monovalenti e bivalenti, sono anche note col termine generico di quadruplex. L’interesse verso sequenze potenzialmente in grado di strutturarsi in quadruplex (PQS, Putative Quadruplex Sequences) deriva in gran parte dalla loro presenza in regioni importanti del genoma umano tra le quali i promotori genici e i telomeri.
In linea di principio, l'espressione di un gene può essere regolata modulando l'attività di una specifica proteina interagente con il DNA, come ad esempio un fattore di trascrizione, oppure intervenendo direttamente sul promotore del gene da tradurre interferendo con i processi di riconoscimento. Quest’ultimo approccio, che rappresenta una nuova promettente strategia anticancro, può essere perseguito mediante l’utilizzo di molecole di piccole dimensioni capaci di legare in maniera specifica GRO di promotori oncogenici quali ad esempio c-myc o k-ras, favorendone la strutturazione in quadruplex.
Attualmente vi è generale consenso nell’attribuire al gene k-ras un ruolo fondamentale nella patogenesi dell’adenocarcinoma pancreatico, e molte risorse sono state indirizzate verso strategie volte al silenziamento di tale >>>