Le fosfatasi Cdc25 (cell division cycle 25) sono regolatori chiave del ciclo cellulare eucariotico. Esercitano il loro effetto defosforilando residui di Tyr e Thr con conseguente attivazione delle proteine chinasi ciclina-dipendenti (Cdk/ciclina), che a loro volta fosforilano numerosi target cellulari portando direttamente alla progressione del ciclo cellulare. Nell'uomo esistono tre isoforme di Cdc25: Cdc25A, Cdc25B e Cdc25C. Cdc25A e B hanno proprietà oncogeniche, sono target trascrizionali dell'oncogene c-myc e sono sovraespressi in molti tumori umani. Cdc25A regola la fase di transizione G1/S ed è importante nel preservare l'integrità genomica, sebbene abbia qualche ruolo anche nell'iniziazione della mitosi. Sia Cdc25B che Cdc25C hanno funzioni regolatorie sulla transizione G2/M attraverso la loro abilità di defosforilare ed attivare il complesso mitotico Cdk1/ciclica B, che è richiesto per l'ingresso della cellula in mitosi. Il corretto assemblaggio del citoscheletro di microtubuli e l'attacco dei cinetocori alle fibre del fuso sono essenziali per l'accurata segregazione dei cromosomi e la progressione del ciclo cellulare e richiede numerosi eventi morfogenetici connessi con l'organizzazione del citoscheletro. La tubulina, una proteina globulare, dà luogo ai microtubuli attraverso una reazione di polimerizzazione di eterodimeri composti dalle subunità alfa e beta. Questo processo è di importanza vitale per il ciclo cellulare L'interferenza con l'equilibrio dinamico fra l'assemblamento della tubulina in microtubuli o, al contrario, la depolimerizzazione dei microtubuli in tubulina porta all'arresto della divisione cellulare e, da ultimo, all'apoptosi. E' ormai accettato che la scoperta di nuovi farmaci con diversi meccanismi d'azione e diversi bersagli molecolari è fondamentale per un'efficace lotta contro i tumori. In accordo con questa visione della terapia antitumorale, i bersagli molecolari scelti come oggetto della nostra ricerca sono le fosfatasi Cdc25 e la tubulina, due proteine-chiave per il funzionamento del ciclo cellulare. Il ruolo specifico dell'UR di Napoli all'interno del progetto complessivo consiste nel fornire gli strumenti e le capacità di investigazione dal punto di vista teorico/computazionale per la scoperta di nuovi inibitori delle fosfatasi Cdc25 e della tubulina dotati di attività antitumorale. Le metodologie di cui l'UR si avvarrà comprendono docking molecolare, 3D-database searching, virtual screening, dinamica molecolare (MD) e calcoli quanto-meccanici. I presenti strumenti computazionali consentiranno di studiare gli aspetti strutturali ed i meccanismi di inibizione dei complessi ligando-proteina considerati ad un livello di dettaglio atomico, fornendo così un tipo di informazione non ottenibile con metodi sperimentali. In particolare, le principali caratteristiche strutturali e dinamiche dei siti di legame delle tre isoforme di Cdc25, segnatamente Cdc25A, Cdc25B e Cdc25C, e della tubulina saranno analizzate con l'intento di comprendere meglio alcuni aspetti della loro attività biologica. Inoltre, si investigherà la natura delle interazioni che si vengono a creare tra i presenti target biologici e una serie di inibitori, scelti tra quelli già noti o di nuova progettazione, mediante simulazioni estese di MD. Infine, questa UR identificà e testerà nuovi inibitori degli enzimi target strutturalmente diversi da quelli noti attraverso la messa a punto di protocolli di 3D-database searching e virtual screening, usando banche dati pubbliche, commerciali e costruite con molecole preparate all'interno del gruppo. La valutazione dell'attività anti-fosfatasi e la caratterizzazione biologica dei composti identificati da questa UR sarà condotta in collaborazione con l'Istituto di Endocrinologia Sperimentale ed Oncologia (National Research Council), Divisione di Ematologia, dell'Università di Napoli "Federico II". I risultati del lavoro computazionale condotti sul sito di legame della tubulina (sito della colchicina) saranno trasferiti all'UR di Roma Sapienza e costituiranno la base sulla quale sintetizzare nuovi inibitori della polimerizzazione della tubulina. I composti preparati saranno valutati biologicamente dall'UR di Roma CNR. I dati biologici di queste molecole saranno utilizzati per ottimizzare l'affinità e la selettività di nuovi composti per il loro target usando ulteriori studi computazionali.

Progettazione ed identificazione, mediante metodi computazionali integrati, di nuovi inibitori delle fosfatasi Cdc25 e della tubulina quali agenti anticancro / Lavecchia, Antonio. - (2008). (Intervento presentato al convegno PROGETTAZIONE, SINTESI ED ATTIVITÀ BIOLOGICA DI NUOVE MOLECOLE AVENTI COME TARGET LA MITOSI nel 22/03/2010).

Progettazione ed identificazione, mediante metodi computazionali integrati, di nuovi inibitori delle fosfatasi Cdc25 e della tubulina quali agenti anticancro

LAVECCHIA, ANTONIO
2008

Abstract

Le fosfatasi Cdc25 (cell division cycle 25) sono regolatori chiave del ciclo cellulare eucariotico. Esercitano il loro effetto defosforilando residui di Tyr e Thr con conseguente attivazione delle proteine chinasi ciclina-dipendenti (Cdk/ciclina), che a loro volta fosforilano numerosi target cellulari portando direttamente alla progressione del ciclo cellulare. Nell'uomo esistono tre isoforme di Cdc25: Cdc25A, Cdc25B e Cdc25C. Cdc25A e B hanno proprietà oncogeniche, sono target trascrizionali dell'oncogene c-myc e sono sovraespressi in molti tumori umani. Cdc25A regola la fase di transizione G1/S ed è importante nel preservare l'integrità genomica, sebbene abbia qualche ruolo anche nell'iniziazione della mitosi. Sia Cdc25B che Cdc25C hanno funzioni regolatorie sulla transizione G2/M attraverso la loro abilità di defosforilare ed attivare il complesso mitotico Cdk1/ciclica B, che è richiesto per l'ingresso della cellula in mitosi. Il corretto assemblaggio del citoscheletro di microtubuli e l'attacco dei cinetocori alle fibre del fuso sono essenziali per l'accurata segregazione dei cromosomi e la progressione del ciclo cellulare e richiede numerosi eventi morfogenetici connessi con l'organizzazione del citoscheletro. La tubulina, una proteina globulare, dà luogo ai microtubuli attraverso una reazione di polimerizzazione di eterodimeri composti dalle subunità alfa e beta. Questo processo è di importanza vitale per il ciclo cellulare L'interferenza con l'equilibrio dinamico fra l'assemblamento della tubulina in microtubuli o, al contrario, la depolimerizzazione dei microtubuli in tubulina porta all'arresto della divisione cellulare e, da ultimo, all'apoptosi. E' ormai accettato che la scoperta di nuovi farmaci con diversi meccanismi d'azione e diversi bersagli molecolari è fondamentale per un'efficace lotta contro i tumori. In accordo con questa visione della terapia antitumorale, i bersagli molecolari scelti come oggetto della nostra ricerca sono le fosfatasi Cdc25 e la tubulina, due proteine-chiave per il funzionamento del ciclo cellulare. Il ruolo specifico dell'UR di Napoli all'interno del progetto complessivo consiste nel fornire gli strumenti e le capacità di investigazione dal punto di vista teorico/computazionale per la scoperta di nuovi inibitori delle fosfatasi Cdc25 e della tubulina dotati di attività antitumorale. Le metodologie di cui l'UR si avvarrà comprendono docking molecolare, 3D-database searching, virtual screening, dinamica molecolare (MD) e calcoli quanto-meccanici. I presenti strumenti computazionali consentiranno di studiare gli aspetti strutturali ed i meccanismi di inibizione dei complessi ligando-proteina considerati ad un livello di dettaglio atomico, fornendo così un tipo di informazione non ottenibile con metodi sperimentali. In particolare, le principali caratteristiche strutturali e dinamiche dei siti di legame delle tre isoforme di Cdc25, segnatamente Cdc25A, Cdc25B e Cdc25C, e della tubulina saranno analizzate con l'intento di comprendere meglio alcuni aspetti della loro attività biologica. Inoltre, si investigherà la natura delle interazioni che si vengono a creare tra i presenti target biologici e una serie di inibitori, scelti tra quelli già noti o di nuova progettazione, mediante simulazioni estese di MD. Infine, questa UR identificà e testerà nuovi inibitori degli enzimi target strutturalmente diversi da quelli noti attraverso la messa a punto di protocolli di 3D-database searching e virtual screening, usando banche dati pubbliche, commerciali e costruite con molecole preparate all'interno del gruppo. La valutazione dell'attività anti-fosfatasi e la caratterizzazione biologica dei composti identificati da questa UR sarà condotta in collaborazione con l'Istituto di Endocrinologia Sperimentale ed Oncologia (National Research Council), Divisione di Ematologia, dell'Università di Napoli "Federico II". I risultati del lavoro computazionale condotti sul sito di legame della tubulina (sito della colchicina) saranno trasferiti all'UR di Roma Sapienza e costituiranno la base sulla quale sintetizzare nuovi inibitori della polimerizzazione della tubulina. I composti preparati saranno valutati biologicamente dall'UR di Roma CNR. I dati biologici di queste molecole saranno utilizzati per ottimizzare l'affinità e la selettività di nuovi composti per il loro target usando ulteriori studi computazionali.
2008
Progettazione ed identificazione, mediante metodi computazionali integrati, di nuovi inibitori delle fosfatasi Cdc25 e della tubulina quali agenti anticancro / Lavecchia, Antonio. - (2008). (Intervento presentato al convegno PROGETTAZIONE, SINTESI ED ATTIVITÀ BIOLOGICA DI NUOVE MOLECOLE AVENTI COME TARGET LA MITOSI nel 22/03/2010).
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