Guanine rich sequences, present in DNA, can fold into macromolecular structures called G-quadruplexes (G4). G4s are involved in many biological processes, including replication, gene expression, recombination and can also have a strong impact on DNA stability. More than 370,000 putative G4 forming sequences (PQS) have been identified within the human genome; in particular, they are located in the telomeres and transcription sites of many proto-oncogenes. G4s are a very interesting target for the development of new therapies against cancer and neurodegenerative diseases; it is therefore essential to develop fluorescent sensors that allow to observe and better understand the functions performed by G4s in the cellular environment. A very important class of sensors are the core extended naphthalenediimides (CexNDI) that show excellent optical properties, in particular the emission of fluorescence in the visible-NIR range makes them optimal for application in the biological field since the radiation at these wavelengths does not damage tissues. The possibility of modulating the chemical, biological and spectroscopic properties of these compounds by varying the substituents on the core makes these molecules particularly interesting. In this project, six ligands with different combinations of substituents were synthesized to observe their effect on affinity and selectivity towards different quadruplex topologies. The biophysical experiments conducted showed that the presence of protonable amino terminal groups in the side chains increases the affinity of the ligands but causes a loss of selectivity; CexNDI that have a hydroxyl function instead have lower affinity but higher selectivity and fluorescence turn-on in the presence of parallel quadruplexes.
Nel DNA sono presenti sequenze ricche di guanine che posso ripiegarsi in strutture macromolecolari chiamate G-quadruplex (G4). I G4 sono coinvolti in molti processi biologici, tra cui, replicazione, espressione genica, ricombinazione e possono avere un forte impatto anche a livello di stabilità del DNA. Sono stati individuati oltre 370 000 potenziali siti di formazione per i G-quadruplex (PQS) all'interno del genoma umano; in particolare sono localizzati nei telomeri e nei siti di trascrizione di molti proto-oncogeni. I G4 sono un target molto interessante per lo sviluppo di nuove terapie anti-cancro e contro le malattie neurodegenerative; è quindi fondamentalo lo sviluppo di sensori fluorescenti che permettano di osservare e comprendere meglio le funzioni svolte dai G4 in ambiente cellulare. Una classe di sensori molto importante sono le naftalendiimidi core estese (CexNDI) che mostrano ottime proprietà ottiche, in particolare l'emissione di fluorescenza nel campo visibile-NIR le rende ottimali per l'applicazione in campo biologico dato che la radiazione a queste lunghezze d'onda non danneggia i tessuti. La possibilità di modulare le proprietà chimiche, biologiche e spettroscopiche di questi composti variando i sostituenti sul core rende queste molecole particolarmente interessanti. In questo progetto sono stati sintetizzati sei leganti con diverse combinazioni di sostituenti per osservarne l'effetto che hanno sull'affinità e la selettività nei confronti di diverse topologie di quadruplex. Gli esperimenti biofisici condotti hanno mostrato che la presenza nelle catene laterali di gruppi ammino terminali protonabili, aumenta l'affinità dei leganti ma causa una perdita di selettività; CexNDI che hanno una funzione idrossilica invece hanno affinità minore ma selettività e accensione di fluorescenza maggiore in presenza di quadruplex paralleli.
Naftalendiimmidi core estese come nuovi sensori fluorescenti per G-quadruplex
PANCINI, LORENZO
2020/2021
Abstract
Guanine rich sequences, present in DNA, can fold into macromolecular structures called G-quadruplexes (G4). G4s are involved in many biological processes, including replication, gene expression, recombination and can also have a strong impact on DNA stability. More than 370,000 putative G4 forming sequences (PQS) have been identified within the human genome; in particular, they are located in the telomeres and transcription sites of many proto-oncogenes. G4s are a very interesting target for the development of new therapies against cancer and neurodegenerative diseases; it is therefore essential to develop fluorescent sensors that allow to observe and better understand the functions performed by G4s in the cellular environment. A very important class of sensors are the core extended naphthalenediimides (CexNDI) that show excellent optical properties, in particular the emission of fluorescence in the visible-NIR range makes them optimal for application in the biological field since the radiation at these wavelengths does not damage tissues. The possibility of modulating the chemical, biological and spectroscopic properties of these compounds by varying the substituents on the core makes these molecules particularly interesting. In this project, six ligands with different combinations of substituents were synthesized to observe their effect on affinity and selectivity towards different quadruplex topologies. The biophysical experiments conducted showed that the presence of protonable amino terminal groups in the side chains increases the affinity of the ligands but causes a loss of selectivity; CexNDI that have a hydroxyl function instead have lower affinity but higher selectivity and fluorescence turn-on in the presence of parallel quadruplexes.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/13474