Approcci computazionali alla perturbazione delle interazioni di Hsp90

In this thesis, I will present the results of my computational studies to design potential drug-like molecules that perturb the interactions between Hsp90 molecular chaperone and its clients. Hsp90 is an essential regulator of the folding and activation of a disparate ensemble of proteins. It functions through ATP hydrolysis, which takes place at a highly conserved active site. In the past, researchers tried to perturb Hsp90 functions through ATP-competitive inhibitors. However, this strategy proved inefficient, due to poor binding and many possible side effects. Here, the aim is to prevent the correct folding and activation of client proteins (linked to tumor cell development) through protein-protein inhibitors and allosteric interactions with Hsp90. Both these classes of molecules represent fundamental tools to obtain molecular insights into functional regulation and provide new possibilities to perturb the Hsp90 function. Here, I set out to find small molecules using two different approaches: 1. Starting from peptides derived from several clients of Hsp90 molecular chaperone (Abl, Braf, Cdk4, GR, vSrc): these peptides were analyzed with several computational methods and to design drug-like molecules. 2. Searching for potentials pockets at the interfaces between Hsp90-co-chaperone, co-chaperone-client, Hsp90-client, or Hsp90-client-co-chaperone in which to test compound libraries in order to find a possible active small molecule.

In questa tesi presenterò i risultati dei miei studi computazionali per progettare delle molecole drug-like che disturbino le interazioni tra Hsp90, uno chaperone molecolare, e le sue proteine “clienti”. Hsp90 è un regolatore essenziale del ripiegamento e dell’attivazione di un gran numero di proteine. La sua funzione viene promossa dall’idrolisi dell’ATP, il quale si posiziona in un sito attivo altamente conservato. Nel passato, diversi gruppi ricercatori hanno provato a perturbare le funzioni di Hsp90 attraverso l’utilizzo di inibitori competitivi per il sito attivo dell’ATP. Tuttavia, questa strategia è risultata inefficiente a causa del fatto che l’inibizione completa di Hsp90 causa numerosi effetti collaterali. In questo lavoro, lo scopo è prevenire il corretto ripiegamento e l’attivazione di specifiche proteine clienti coinvolte nello sviluppo di cellule tumorali attraverso l’uso di inibitori del legame proteina-proteina e di inibitori allosterici di Hsp90. Entrambe queste classi di molecole rappresentano uno strumento fondamentale per ottenere nuove informazioni sulla regolazione della funzione di Hsp90 e per generare nuove possibilità di perturbazione della sua attività. In questo lavoro, abbiamo sviluppato nuove piccole molecole usando due approcci differenti: 1. Partendo da peptidi derivati da diversi clienti di Hsp90 (Abl, Braf, Cdk4, GR, vSrc): questi peptidi sono stati analizzati con diversi metodi computazionali e sono stati utilizzati per progettare molecole drug-like. 2. Cercando potenziali tasche alle interfacce tra Hsp90-co-chaperone, co-chaperone-client o Hsp90-client-co-chaperone in cui testare librerie di composti in modo da trovare candidati inibitori attivi. I risultati preliminari dei test dei candidati inibitori in vitro sono promettenti ed indicano la inibizione selettiva delle proteine clienti.