Synthesis of new NDI multivalent ligands for multimeric G-quadruplexes

The G-quadruplexes with their peculiar feature of being rich in guanines, are one of the most interesting non-canonical molecular DNA arrangements. These structures are present in the entire human genome, with a preferential localization in telomeres, but many new involvements are emerging in other parts of the genome such as in some regions of proto-oncogenes and 5'-UTRs. G-quadruplex has been studied for years as a monomer, but it is well known that long DNA or RNA sequences can form higher-order G-quadruplex structures by clustering several consecutive G-quadruplex units. It is well known that stabilizing the structure of the G-quadruplex and thus of multimeric G4s with small molecules represents a valuable therapeutic approach in the treatment of tumors and neurodegenerative diseases. Recent results support the possibility of simultaneously targeting two adjacent G4 units of telomeric DNA by exploiting dimeric ligands. Instead, our approach was to design a multivalent naphthalenedimide (NDI)-based ligand for multimeric G4 stabilization. The idea was to increase the number of G-quadruplex binding molecules in a single structure, to increase the concentration close to the target and then the probability of re-binding events. The chosen support structure is part of the calixarene family, structures that showed low toxicity and ability to cross the cell membrane and therefore useful for our purpose. Four NDI moieties are docked to a calix[4]arene by exploiting microwave-assisted click reaction making it a potential binder for multimeric G4s.

I G-quadruplex, con la loro peculiare caratteristica di essere ricchi di guanine, sono una delle più interessanti strutture molecolari non canoniche del DNA. Queste strutture sono presenti in tutto il genoma umano, con una localizzazione preferenziale nei telomeri, ma molti nuovi coinvolgimenti stanno emergendo in altre parti del genoma come in alcune regioni di proto-oncogeni e 5'-UTR. Il G-quadruplex è stato studiato per anni come monomero, ma è ben noto che lunghe sequenze di DNA o RNA possono formare strutture G-quadruplex di ordine superiore raggruppando diverse unità G-quadruplex consecutive. È noto che stabilizzare la struttura del G-quadruplex e quindi dei G4 multimerici con piccole molecole rappresenta un valido approccio terapeutico nel trattamento dei tumori e delle malattie neurodegenerative. Recenti risultati supportano la possibilità di colpire simultaneamente due unità G4 adiacenti del DNA telomerico sfruttando ligandi dimerici. Il nostro approccio, invece, è quello di progettare un ligando multivalente a base di naftalendimide (NDI) per la stabilizzazione di G4 multimerici. L'idea è quella di aumentare il numero di molecole di leganti G-quadruplex in una singola struttura, al fine di aumentarne la concentrazione in prossimo del target e quindi la probabilità di eventi di re-binding. La struttura di supporto scelta fa parte della famiglia dei calixareni, strutture che hanno mostrato bassa tossicità e capacità di attraversare la membrana cellulare e quindi utili al nostro scopo. Quattro molecole NDI vengono agganciate ad un calix[4]arene sfruttando la reazione di Click reaction assistita da microonde, dando vita ad un potenziale nuovo legante per G4 multimerici.