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Telomere-targeting anticancer drugs
No full textIn normal somatic cells, telomere length decreases with each replication event, until a critical state of replicative senescence is reached. On the contrary, telomere maintenance is evident in all types of cancer cells. 85% of them manage in doing so by upregulating expression of telomerase, while the remaining have a mechanism that involves recombination events between telomeres, known as alternative lengthening of telomere (ALT). In all cases, telomeres are maintained at a length above a critical threshold, and this in turn permits unlimited replication of cancer cells. Accordingly, treatments preventing telomere lengthening are potentially a major and effective strategy for the anticancer therapy. In human cells, telomeric DNA is composed of tandem repeats of the sequence d(TTAGGG) with a 3′ single-stranded extension that may fold into an unusual four-stranded helical structure named G-quadruplex. Since small organic molecules able to bind G-quadruplexes have been shown to alter telomere functions, leading to marked inhibition of tumour cells growth, the telomeres represent an extremely attractive target for cancer therapy. The most striking problem limiting this scenario is the scarce selectivity found in the majority of known G-quadruplex targeting ligands, typically exhibiting also remarkable toxicity as a consequence of unspecific binding. To the best of our knowledge, fast and simple analytical methods allowing to unambiguously identify new anticancer agents, exclusively recognizing with high binding affinity telomeric DNA quadruplex, are lacking. In this context, the development of a novel strategy to discover ligands able to exclusively recognize G-quadruplex tracts while discriminating double stranded DNA is strongly called for.
In this frame, we here propose the development of an innovative methodology enabling a rapid and efficient identification of specific telomeric G-quadruplex-binding ligands. Secondly, we intend to employ this methodology in the screening of focused libraries of novel, different G-quadruplex-binding agents designed on the basis of known lead compounds, so to obtain potential anticancer drugs with enhanced activity/toxicity ratio. Finally, the biological activity of the drugs exhibiting the highest affinities for the target telomeric structures will be tested on a panel of human tumor cell lines of different histotypes
Aptameri formanti G-quadruplex per la terapia delle malattie da prioni
No full textLe malattie da prioni, note anche come encefalopatie spongiformi trasmissibili (TSE), sono malattie neurodegenerative che colpiscono uomini e animali. Le TSE hanno suscitato grande interesse negli ultimi 25 anni a causa dell’ambigua natura dell'agente infettivo, eccezionalmente resistente, che ha generato timori di possibili epidemie. Sebbene non si siano verificati eventi catastrofici, l'attenzione per queste malattie è sempre molto elevata poiché non si è ancora in grado di bloccare o ritardare il loro esito fatale.
La patogenesi delle TSE è legata alla conversione della proteina prionica normale (PrPC), presente soprattutto nel cervello, in una forma patologica (PrPSc) che ha forte tendenza ad aggregare, causando un’ampia e progressiva degenerazione cerebrale.
Dato che la conversione di PrPC in PrPSc è un evento cruciale in tali malattie, la sua inibizione è un target ideale per una strategia terapeutica.
Con questo progetto proponiamo un approccio innovativo per realizzare un'efficace terapia anti-prione basata su aptameri in grado di legare specificamente PrPC, inibendone la conversione in PrPSc. Gli aptameri sono oligonucleotidi sintetici che legano il target con elevata affinità e specificità grazie alla loro peculiare forma tridimensionale.
Recentemente abbiamo dimostrato che alcuni oligonucleotidi formanti G-quadruplex hanno alta affinità e specificità per la PrPC in vitro e scarsa affinità per un oligomero di PrP mimico di PrPSc e che la loro struttura G-quadruplex è determinante per il riconoscimento della proteina (Nucleic Acids Res. 2013, 41:327). Inoltre, una di queste G-quadruplex ha mostrato attività anti-prione in cellule neuronali di topo infettate con agenti di TSE, il che suggerisce il loro potenziale uso nel trattamento delle malattie da prioni.
In tale ambito, il nostro progetto, frutto della stretta collaborazione del PI con il gruppo del dott. Human Rezaei (Proteins Macroassemblies and Prion diseases, INRA, Francia), mira alla scoperta di nuovi validi strumenti terapeutici contro le malattie da prioni.
I nostri sforzi si concentreranno essenzialmente su 3 Thrust:
T1. Progettazione e sintesi di oligonucleotidi ricchi in guanine aventi modifiche chimiche che assicurino proprietà farmacocinetiche e pre-organizzazione conformazionale tali da favorire il riconoscimento specifico della proteina.
T2. Caratterizzazione biofisica degli aptameri formanti G-quadruplex e selezione dei migliori ligandi della PrPC.
T3. Valutazione in vitro e in vivo dell'attività anti-prione degli aptameri selezionati.
I risultati di T2 e T3 saranno utili per progettare poi aptameri di seconda generazione, in un processo di ottimizzazioni successive.
Tale progetto è centrato su un argomento di estremo interesse che rappresenta un intricato enigma lungi dall'essere risolto. Siamo convinti che i nostri studi contribuiranno ad ampliare le attuali conoscenze sulle TSE e a fornire nuovi candidati farmaci contro tali devastanti malattie ancora non sconfitte
Physico-chemical characterization of DNA G-quadruplexes and their interaction with proteins and potential anticancer agents
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Nuovi ligandi per G-quadruplex: un approccio chimico-fisico nella terapia anti-cancro
No full textIn tutte le cellule eucariotiche umane il DNA telomerico è costituito da una sequenza altamente ripetuta 5’TTAGGG3’. Ad ogni ciclo replicativo il DNA telomerico si riduce a partire dall’estremità 3’ costituita da singolo filamento fino ad una lunghezza critica che conduce la cellula all'apoptosi. Nell’80-85% delle cellule tumorali si osserva la sovraespressione della telomerasi, un enzima che catalizza l’allungamento del DNA telomerico determinando una proliferazione incontrollata delle cellule tumorali. Qualsiasi strategia capace di inibire la telomerasi può essere considerata una potenziale terapia anti-cancro. Le sequenze TTAGGG ricche di guanine presenti alle estremità telomeriche a singolo filamento hanno la capacità di ripiegarsi su se stesse formando delle strutture note come quadruple eliche. La formazione di tali strutture è in grado di inibire l’attività della telomerasi. E’ di estremo interesse lo studio di composti in grado di legare in maniera specifica le quadruple eliche e dei fattori che regolano gli equilibri in gioco. La conoscenza degli aspetti chimico-fisici che regolano l’interazione tra quadrupla elica e ligando rappresenta un punto chiave in vista di future applicazioni biomediche. Lo studio dell’energetica d’interazione tra nuovi ligandi e le strutture target ha permesso di chiarire la natura delle forze che guidano il processo di binding e di far luce sugli elementi strutturali utili ad ottimizzare le proprietà di legame, fornendo le basi strutturali per una futura progettazione razionale di nuove classi di farmaci ad attività anti-tumorale
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