Caratterizzazione spettroscopica e strutturale di inibitori del proteasoma

Il sistema proteasoma-ubiquitina (UPS) è il maggior sistema proteolitico presente nel citosol, sia negli organismi eucarioti che nei procarioti, e controlla direttamente o indirettamente alcune funzioni critiche del metabolismo cellulare. Esso, infatti, influenza una grande varietà di processi biologici di importanza fondamentale quali l'omeostasi e il controllo della qualità delle proteine, la produzione di antigeni, la trasduzione di segnali, il controllo del ciclo cellulare, la differenziazione della cellula, e l'apoptosi. La centralità del sistema UPS nel metabolismo cellulare e nel processo dell'oncogenesi, rende quindi conto della grande importanza che rivestono le molecole in grado di modulare l'attività del proteasoma: queste possono essere usate da un lato come mezzo di indagine biochimica per la caratterizzazione degli innumerevoli processi regolati dal sistema UPS e dall'altro offrono prospettive per lo sviluppo di farmaci per tutte quelle malattie nelle quali risulta implicato il sistema stesso. Per queste ultime ragioni, l'inibizione del proteasoma è diventata una promettente strategia nella terapia anticancro. Alla luce di questo, proponiamo un progetto focalizzato sullo studio di derivati sintetici di alcune molecole, con nota attività farmacologica, da noi sintetizzate, i.e. derivati della meso tetrakis (4-N-methyl)porfirina (Unità di Ricerca di Roma, abbreviata da qui in poi come UR-Roma), derivati di polifenoli naturali e cavitandi resorcarenici con sostituenti chinossalinici (UR-Catania), come nuovi inibitori del proteasoma, la scelta di queste molecole è dettata dai seguenti motivi: i) le porfirine sono già utilizzate come agenti anti tumorali nella terapia fotodinamica (attivazione fotoindotta del loro stato di singoletto e conseguente cleavage del DNA) inoltre dati preliminari indicano che le porfirine cationiche sono inibitori del proteasoma; ii) l'attività antitumorale di alcuni derivati polifenolici è nota e dati preliminari indicano la loro attività come inibitori del proteasoma; iii) i cavitandi chinossalinici intercalano nel DNA e opportunamente funzionalizzati agiscono da photocleaver, comunque non ci sono dati sul loro attività nei confronti del proteasoma. Lo scopo di questo progetto è la proposizione di singole molecole che manifestino molteplici funzioni farmacologiche, tutte convergenti nella cura dei tumori. Questo approccio vuole essere alternativo all'uso di cocktail di molecole attive. Sarà condotto uno screening preliminare per determinare la capacità delle diverse molecole sintetizzate dall'UR-Catania e UR-Roma, di inibire il proteasoma a cui seguirà uno studio su colture cellulari. Per le molecole che, ai saggi di inibizione enzimatica su proteasoma purificato, risulteranno promettenti, verrà valutata l'influenza nei confronti dell'attività enzimatica di altre proteasi non proteasomiali (catepsine, calpaina) per escludere un'azione inibitoria aspecifica e successivamente saranno testate su linee cellulari tumorali sensibili alla inibizione da proteasoma (i.e. mieloma). Inoltre per completare il quadro e permettere la progettazione razionale di altre molecole attive sarà effettuata una caratterizzazione strutturale sperimentale, mediante spettroscopia NMR (UR-Napoli 1), UV-Vis, CD e Fluorescenza (UR-Catania). In fine, al fine di investigare le correlazioni tra la struttura 3D e l'attività (3D-SAR) dei nuovi inibitori del proteosoma, (i.e. porfirine, polifenoli, nuovi ligandi) e caratterizzare la loro interazione con il proteosoma, ci avvarremo di studi di chimica computazionale (UR-Napoli 2). Saranno studiate attraverso un'analisi computazionale completa, che include la ricerca conformazionale, studi di docking molecolare, calcoli quanto-meccanici e DFT, le proprietà elettroniche e conformazionali sia dei composti di riferimento sia dei nuovi derivati sintetizzati dalle UR-Catania e UR-Roma.