Sintesi di leganti fotoalchilanti per G-Quadruplex

G-Quadruplexes (G4s) are three-dimensional structures where four guanines inteact by a cyclic Hoogsteen hydrogen bonding generating a planar array known as G-quartets (or tetrads). These G-quartets stack upon one another by π-stacking to form a four-stranded structure name G4. In general, the G-quadruplex structures can play a role in different biological mechanism such as in replication, transcription, recombination, and translation. In recent decades, numerous molecules have been developed that can bind such complexes and consequently regulating the gene expression of many subunits and enzymes, including, for example, telomerase. It is easy to see how, acting on G4s, can have interesting repercussions for anticancer drug development. The potential of this category of G4-ligands (G4s) is not only limited to action on cancer cell DNAs, but also to the study of neurodegenerative diseases such as Parkinson's, Alzheimer's, and Amyotrophic Lateral Sclerosis. In addition, regions of DNA and RNA that can potentially form structures have also been identified in parasites such as Plasmodium falciparum and Trypanosoma brucei; bacteria such as Escherichia coli, and viruses such as SARS-CoV-2 or HIV genomes. The pharmacological and diagnostic applications of G4-ligands (G4Ls) are currently in phase I clinical trials: CX-5461 for patients with BRCA1/2 deficient tumors, and SOP1812 for pancreatic cancer (evaluated by Qualigen Therapeutics Inc.) The former constitutes the most advanced G4 ligand in clinical trials. The greatest limitations of these drugs with "binding" action are potency and selectivity. The following thesis aims to design and synthesize ligands capable of binding these structures and selectively alkylate G4 structures, leading to their irreversible trapping. To achive this well-known and effective G4L (PDC-360A, a 2,6-pyridinedicarboxamide derivative), which is capable of binding via reversible interactions to G4s, has been conjugated to a Quinone Metide (QM) using a click reaction between azide and alkyne. QM is a very electrophilic Michael acceptor generated by photoactivation, which lead to the formation of covalent bonds with nucleic acid. Additionally, a naphthalenediimidie based (NDI) ligands to a photoactivable 2,5-diaryl tetrazole.

I G-quadruplex (G4) sono strutture tridimensionali in cui quattro guanine interagiscono mediante un legame idrogeno Hoogsteen ciclico che genera un array planare noto come G-quartet (o tetradi). Questi G-quartet si impilano l'uno sull'altro mediante π-stacking per formare una struttura a quattro filamenti denominata G4. In generale, le strutture G-quadruplex possono svolgere un ruolo in diversi meccanismi biologici come la replicazione, la trascrizione, la ricombinazione e la traduzione. Negli ultimi decenni sono state sviluppate numerose molecole in grado di legare tali complessi e, di conseguenza, di regolare l'espressione genica di molte subunità ed enzimi, tra cui, ad esempio, la telomerasi. È facile intuire come, agendo sui G4, possano avere interessanti ripercussioni per lo sviluppo di farmaci antitumorali. Il potenziale di questa categoria di ligandi G4 (G4s) non si limita solo all'azione sul DNA delle cellule tumorali, ma anche allo studio di malattie neurodegenerative come il Parkinson, l'Alzheimer e la Sclerosi Laterale Amiotrofica. Inoltre, regioni di DNA e RNA potenzialmente in grado di formare strutture sono state identificate anche in parassiti come Plasmodium falciparum e Trypanosoma brucei, batteri come Escherichia coli e virus come SARS-CoV-2 o genomi di HIV. Le applicazioni farmacologiche e diagnostiche dei G4-ligandi (G4L) sono attualmente in fase I di sperimentazione clinica: CX-5461 per i pazienti con tumori con deficit di BRCA1/2 e SOP1812 per il cancro del pancreas (valutato da Qualigen Therapeutics Inc.) Il primo costituisce il ligando G4 più avanzato in fase di sperimentazione clinica. I maggiori limiti di questi farmaci ad azione "legante" sono la potenza e la selettività. La seguente tesi si propone di progettare e sintetizzare ligandi in grado di legare queste strutture e di alchilare selettivamente le strutture G4, determinandone l'intrappolamento irreversibile. Per raggiungere questo obiettivo, il noto ed efficace G4L (PDC-360A, un derivato della 2,6-piridinedicarbossamide), che è in grado di legarsi tramite interazioni reversibili ai G4, è stato coniugato a un chinone metide (QM) mediante una reazione a click tra azide e alchene. Il QM è un accettore di Michael molto elettrofilo generato dalla fotoattivazione, che porta alla formazione di legami covalenti con l'acido nucleico. Inoltre, un ligando a base di naftalenediimidie (NDI) per un tetrazolo 2,5-diarilico fotoattivabile.