RICERCA ITALIANA     

"Targeting" di RNA e microRNA con acidi peptido nucleici (PNA) e loro analoghi

Università degli Studi di Parma

Abstract

L'RNA è il target di numerosi studi indirizzati alla ricerca di molecole capaci di bloccare in maniera selettiva l'espressione genica mediante strategie antisenso. Nel corso degli ultimi anni i progressi della biologia molecolare hanno permesso l'individuazione di un numero elevato di geni che codificano per piccole molecole di RNA, i microRNA (miRNA), sequenze nucleotidiche di lunghezza variabile da 21 a 25 nucleobasi, che sono coinvolte nella regolazione post-transcrizionale dell'espressione genica in piante e animali. L'alterazione dei livelli di alcuni miRNA è stata associata alla presenza di forme tumorali e miRNA sono coinvolti nel meccanismo di regolazione di geni promotori di tumori. Oligonucleotidi sintetici, che agiscono come competitori legando specificatamente miRNA, sono stati proposti come potenziali nuovi farmaci.
Inoltre, molecole in grado di mimare l'attività di small interfering RNA (siRNA), avendo come target precursori di RNA nucleare, possono essere di alto valore terapeutico per malattie come la talassemia, il cancro e le malattie neurodegenerative.
E' pure crescente l'interesse diagnostico verso agenti patogeni costituti da virus a RNA veicolati da alimenti, quali ad esempio il norovirus, la cui corretta identificazione è difficile sia in campioni umani che in alimenti.
Risulta pertanto di particolare interesse individuare molecole capaci di riconoscere specificatamente target a RNA sia per >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Rosangela Marchelli Università degli Studi di PARMA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo generale del presente progetto è quello di individuare molecole a base di PNA capaci di riconoscere specificatamente RNA come bersaglio molecolare sia per scopo diagnostico che terapeutico. Nel corso degli ultimi anni sono stati individuati i microRNA (miRNA), piccole molecole di RNA non codificante, coinvolti nella regolazione dell’espressione genica, che sono implicati nei processi di infezione virale, sono associati con l’oncogenesi e sono inibitori di apoptosi. E’ pertanto di particolare interesse inibire questi RNA o addirittura mimarne l’attività.

I PNA (acidi peptido nucleici) sono molecole ideali per riconoscere l’RNA, in quanto hanno una maggiore affinità per l’RNA che per il DNA, sono stabili chimicamente e sono resistenti alle nucleasi e alle proteasi.
Gli obiettivi specifici sono i seguenti:

OBIETTIVO 1. PROGETTAZIONE DEI PNA.

1.1 Individuazione dei requisiti sterici che fanno del PNA un ottimo agente di binding per l’RNA.
Mediante una progettazione basata sui dati strutturali e sulla modellistica molecolare di duplex PNA-RNA, ci si propone di individuare i requisiti strutturali e sterici per migliorare l’affinità e la selettività del PNA per l’RNA. La progettazione sarà eseguita dall’UO di Napoli con tecniche di "computer modelling" e di minimizzazione di energia utilizzando e/o sviluppando opportuni campi di forza "ab inizio”.

1.2 Selezione delle sequenze target >>>

Risultati parziali attesi

Questo progetto è molto innovativo rispetto allo stato dell’arte in quanto affronta temi nuovi di grande interesse sia a livello di conoscenze di base sia a livello applicativo.
Il riconoscimento dell’RNA , che è di grande attualità a livello biologico e biomedico, è stato scarsamente oggetto di studio da parte di Chimici, che si sono dedicati maggiormente allo studio del DNA.
Dalla ricerca qui proposta ci si attende quindi un grande avanzamento nel campo delle conoscenze di base sia per quanto riguarda l’individuazione delle caratteristiche strutturali che rendono i PNA capaci di legare selettivamente l’RNA o viceversa di comportarsi come l’RNA, sia a livello biologico per quanto attiene al ruolo di RNA in processi rilevanti a livello cellulare.
L’applicazione delle nuove molecole sintetizzate alla diagnostica e alla terapeutica biomedica appaiono molto promettenti per aprire nuovi settori di intervento potenzialmente anche a livello industriale, per la preparazione di nuovi kit diagnostici , per l’individuazione di nuove strategie terapeutiche e la proposta di nuovi farmaci.

In particolare, si possono prevedere i seguenti risultati :


1. OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI STRUTTURALI DEI PNA PER IL RICONOSCIMENTO DI RNA E INDIVIDUAZIONE DEI TARGET BIOLOGICI

1.1. Conoscenza delle caratteristiche strutturali dei PNA.
I dati strutturali e la modellistica molecolare permetteranno di individuare i >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Da quando la terapia genica non-virale è stata sviluppata e introdotta come metodo utile per modificare l'espressione genica, l'RNA è stato considerato come un bersaglio molecolare di notevole importanza. Le sequenze di mRNA che codificano per oncoproteine o per proteine anti-apoptotiche rappresentano esempi di sequenze bersaglio per applicazioni terapeutiche, come lo sviluppo di una terapia anti-cancro.
Nel corso degli ultimi anni i progressi della biologia molecolare hanno permesso l'individuazione di un numero elevato di geni che codificano per piccole molecole di RNA, i microRNA (miRNA), molecole di RNA non codificante in grado di regolare l'espressione genica a livello della traduzione [1]. A causa del loro importante ruolo, le sequenze di miRNA sono altamente conservate dal punto di vista evolutivo. Risultati recentemente pubblicati suggeriscono infatti che i genomi dei vertebrati codificano per non meno di 1000 differenti miRNA, che sembrerebbero coinvolti nella regolazione dell'espressione di almeno il 30% dei geni.
In virtù delle loro azioni specifiche, i miRNA hanno dimostrato di essere:
a) importanti per lo sviluppo, b) espressi in modo differente nei tessuti (ad esempio i miRNA-221-222 sono associati con l'eritropoiesi), c)coinvolti nei processi di infezioni virali, d) associati con l'oncogenesi, e) inibitori di apoptosi.
Come gli mRNA, i microRNA sono trascritti come regioni di RNA lunghe più di 1000 >>>