Studio delle interazioni tra polinucleotidi e specie solubili: molecole organiche e complessi metallici. Approcci sintetici, studi chimico-fisici e modellizzazione computazionale.

Il progetto di ricerca di cui si chiede il finanziamento ha come obiettivo principale lo studio delle interazioni tra polinucleotidi e specie solubili (molecole organiche e complessi metallici) mediante un approccio sintetico, chimico fisico e di modellizzazione computazionale. Il risultato atteso da questo studio è un miglioramento della conoscenza delle interazioni tra piccole molecole e DNA, importante soprattutto per la comprensione degli aspetti biologici connessi. Tale campo di ricerca risulta di notevole interesse ed attualità, in primo luogo per la potenziale attività antitumorale di molti composti organici e di derivati metallici DNA-intercalanti, ma anche per i potenziali effetti cancerogeni, mutageni e, in generale, citotossici di composti che interagiscono con DNA e che possono essere presenti come inquinanti ambientali a causa di attività antropiche. Il progetto di ricerca, i cui componenti afferiscono al Dipartimento di Chimica "S. Cannizzaro", prevede lo studo delle interazioni di DNA, naturali o di sintesi, con composti organici e complessi metallici diversi, che siano dotati della capacità di intercalarsi nella doppia elica. Per tale studio ci si avvarrà di metodologie di indagine sperimentale e computazionale sia per composti DNA-intercalanti di nota attività biologica o farmacologica (ad esempio antibiotici antitumorali antraciclinici) che per nuovi composti organici a struttura planare, potenzialmente DNA-intercalanti o “strand breakers”, capaci cioè di formare legami idrogeno con le basi azotate del DNA, di forza superiore al legame Watson-Crick. E’ inoltre programmata la sintesi, e la successiva caratterizzazione chimico-fisica, di complessi metallici con leganti planari o anche con nuovi leganti contenenti gruppi eterociclici aromatici. In quest’ambito è previsto anche l’uso di metodi di calcolo quanto-chimici, sia per la progettazione delle funzionalità dei composti da sintetizzare che per lo studio della loro struttura, stabilità e reattività. Successivamente, è previsto lo studio sperimentale dell’interazione di tali composti sia con polinucleotidi modello (ad esempio polyAT e polyGC) che con DNA nativo (ad esempio di timo di vitello). I risultati di tale studio saranno utili anche per la progettazione sintetica di derivati di composti e leganti organici contenenti diversi tipi di sostituenti sull’anello eterociclico, in maniera da poter modulare 1) le capacità leganti o chelanti nei confronti del metallo, 2) la solubilità in soluzioni acquose, 3) il coefficiente di partizione acqua/olio e 4) le proprietà di interazione con il DNA. Inoltre, i sistemi intercalante-DNA, eventualmente individuati, saranno studiati con metodi spettroscopici complementari. Per quanto riguarda le interazioni con DNA nativo e con polinucleotidi modello, si cercherà di determinare anche, per esempio mediante titolazioni spettrofotometriche, la costante di “binding” con: a) i composti sintetizzati e b) noti DNA intercalanti, ad esempio l’antibiotico antitumorale doxorubicina, scelto come composto modello. Le interazioni tra i DNA e le specie considerate saranno studiate in soluzione acquosa, variando la forza ionica del mezzo e seguendo le eventuali modificazioni conformazionali del DNA con tecniche spettroscopiche, in particolare con le tecniche CD e UV-vis. Verrà anche studiata la stabilità termica dei sistemi considerati mediante misure a temperatura variabile. Tale parte del progetto è strettamente collegata allo studio del ruolo della concentrazione e della natura degli elettroliti presenti nel mezzo nel modulare l’interazione tra molecole e DNA. I risultati ottenuti sperimentalmente verranno anche razionalizzati attraverso approcci computazionali quanto-chimici, sia per la modellizzazione della interazione tra acidi nucleici e principio attivo che come supporto interpretativo di dati spettroscopici.