Els quàdruplex de guanina: Estudis estructurals i diana farmacològica

Abstract

La tesi gira a l’entorn del estudi del quàdruplex de guanina i la síntesis i avaluació de lligands selectius a aquestes estructures.

En el capítol 1 es descriu una metodologia per obtenir estructures de G‐quàdruplex molt estables. Aquesta metodologia permet introduir modificacions en una sola cadena o modificar la polaritat d’una cadena respecte les altres tres. En el segon capítol es presenta una revisió de les metodologies d’espectroscòpia de masses aplicades als G‐quàdruplex i s’estudia la formació de G‐quàdruplex induïda per co‐dissolvents. En el tercer capítol es descriu el complex format pel G‐quàdruplex telomèric humà amb unes acridines en avaluació preclínica, així com els estudis estructurals i d’estabilitat realitzats per RMN i per dinàmica molecular.

Els altres capítols formen la part de la tesi dedicada al desenvolupament de nous lligands selectius a estructures de G‐quàdruplex amb interès biològic. Així doncs, en el quart capítol es descriu una nova estratègia per obtenir oligòmers d’acridina amb un esquelet de PNA i s’estudia les seves propietats d’unió a diverses estructures de DNA així com les seves propietats antitumorals. En el capítol 5 es determinen les propietats d’unió al DNA d’una sèrie completa d’oligòmers d’acridina i/o quindolina. També es realitza un estudi per RMN i per dinàmica molecular del complex format pel dímer de la quindolina i un G‐quàdruplex. En l’últim capítol es descriu un nou mètode per obtenir uns derivats d’acridina DACA, un inhibidor de la topoisomerasa I/II. Es van realitzar experiments de diàlisis competitiva, RMN i de viabilitat cel•lular per determinar‐ne les seves propietats d’unió al DNA a més de les seves propietats antiproliferatives.

The thesis is focused on G-quadruplex and the design, synthesis and evaluation of G-quadruplex ligands.

In the first chapter we describe a method to prepare highly stable G-quadruplexes by linking four G-rich DNA strands to form a monomolecular G-quadruplex. This approach allows the introduction of specific modifications in only one of the strands or to prepare a quadruplex where one of the strands has a different polarity. In the second chapter we survey the state of the art mass spectrometry methodologies for investigating G-quadruplexes, and illustrated them with a new study on a simple model system: the dimeric G-quadruplex of the 12-mer telomeric DNA sequence d(TAGGGTTAGGGT). We also studied the G-quadruplex formation and the structural changes induced by organic co-solvents. In the third chapter, we developed the structural models of the complexes with the telomeric DNA G-quadruplex with 9-amino acridines based on NMR measurements and further examined by molecular dynamics simulations and free energy calculations.

The others chapters are based on the development of new G-quadruplex ligands. Specifically we described the synthesis of oligomers containing two or three acridine units linked through 2-aminoethylglycine using solid-phase methodology. The cytotoxic properties and DNA affinity of these compounds were studied by cell viability and competitive dialysis studies. The DNA binding properties of 4-aminoproline oligomers functionalized with one, two or three units of acridine and/or quindoline have been analyzed by competitive dialysis in chapter five. A NMR/molecular dynamics study was performed on G-quadruplex sequence and the dimer carrying two quindolines. A model of the complex with the telomeric DNA quadruplex was also described. Finally, several acridine derivatives were synthesized and their anti-proliferative activity was determined. The DNA binding properties of these derivatives were analyzed by competitive dialysis and NMR titrations.