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Sviluppo "hit-to-lead" di inibitori delle proteine Rac: da molecola bioattiva a candidato farmaco

Le patologie legate ad una incontrollata proliferazione cellulare, quali cancro e malattie cardiovascolari, sono tuttora tra le principali cause di morte o di grave invalidità.

Tra i bersagli farmacologici recentemente identificati per queste patologie spiccano le Rho GTPasi della superfamiglia Ras, proteine coinvolte nella regolazione di molteplici funzioni cellulari e, come recentemente mostrato, coinvolte nella patogenesi di malattie cardiovascolari e cancro. Per esempio, l’interazione selettiva delle differenti Rho GTPasi con i relativi effettori determina il risultato finale della loro attivazione. Recentemente abbiamo dimostrato come l’attivazione di Rac1, ma non di RhoA, in cellule muscolari lisce di aorta umana induca l’espressione di metallo proteinasi di matrice 1 (MMP1) e MMP2, un evento che può contribuire alla rottura della placca aterosclerotica. Nuove evidenze stanno mostrando il ruolo fondamentale di Rac1 in proliferazione cellulare, permeabilità delle cellule endoteliali, risposta infiammatoria, generazione di specie reattive dell’ossigeno e regolazione della sintetasi dell’ossido di azoto. Per questi motivi l’inibizione farmacologica della Rac1 può rappresentare un importante strumento per comprendere meglio il ruolo di questa proteina nell’aterogenesi e carcinogenesi.

Recentemente, partendo da informazioni strutturali sulla Rac1 e usando un metodo di virtual screening del database del “National Cancer Institute”, Zheng e collaboratori hanno identificato il composto NSC23766 come inibitore specifico dell’attivazione di Rac1. Questo composto è l’unico inibitore specifico di Rac1 riportato ad oggi in letteratura, ma il suo uso come strumento terapeutico può essere ostacolato dalla scarsa potenza osservata per questo composto. Per questi motivi abbiamo recentemente intrapreso uno studio con l’obiettivo di identificare nuovi inibitori della Rac1 tramite una strategia di virtual screening. Questo studio ha portato all’identificazione di nuovi e potenti inibitori di Rac1. Tuttavia, questi composti necessitano di una opportuna ottimizzazione molecolare in modo da ottenere un vero e proprio candidato farmaco, e questo è l’obiettivo principale di questa proposta di progetto. Infatti, partendo dai composti precedentemente identificati, ci prefiggiamo di ottenere tramite ricerche di similarità un adeguato numero di composti da valutare farmacologicamente e così condurre una analisi delle relazioni struttura attività (SAR) con conseguente ottimizzazione molecolare.

I dati farmacologici primari permetteranno la derivazione di un modello SAR e la classificazione in famiglie di inibitori dei composti attivi identificati, caratterizzati quindi da uno scaffold comune e da una certa distribuzione di sostituenti in grado di modularne l’attività. Queste informazioni saranno di per sé utili per una classica ottimizzazione molecolare, ma saranno utilizzate anche per la realizzazione di specifici modelli quantitativi di SAR (QSAR). Questi modelli saranno impiegati per l’ottimizzazione razionale dei ligandi e saranno anche utilizzati in combinazione con studi di docking molecolare e simulazioni di dinamica molecolare, seguendo quindi un approccio di ottimizzazione del ligando basata sulle sue possibili interazioni recettoriali.

Per la derivazione di un modello QSAR predittivo utile per gli esperimenti di screening, i dati di attività ottenuti tramite saggi biologici e farmacologici verranno analizzati usando una strategia di QSAR tridimensionale (3D-QSAR). Il modello 3D-QSAR verrà quindi usato per predire l’attività di librerie virtuali di molecole generate da software specifici modificando la natura e le posizioni dei sostituenti di un dato scaffold. I composti che in questa fase verranno previsti come i più attivi verranno sottoposti ad una ulteriore ottimizzazione, basata sulle specifiche interazioni con il recettore, tramite accurati esperimenti di docking, seguiti da simulazioni di dinamica molecolare e calcoli MM-PBSA in modo da ottenere affidabili informazioni sulle modalità di binding dei composti selezionati. Queste informazioni verranno combinate con i modelli 3D-QSAR in modo da guidare la sintesi di una seconda generazione di ottimizzati inibitori della Rac1. I composti sintetizzati saranno sottoposti a numerosi saggi biologici in vitro e in vivo in modo da ottenere una quanto più completa informazione circa i profili farmacologici e tossicologici dei nuovi composti.

Responsabile/i:
  • francesca CLERICI
Ente finanziatore:
REGIONE LOMBARDIA
Tipologia:
RL_PRES - Bandi Presidenza
Capofila:
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI MILANO
Anno:
2010
Durata:
23
Stato:
CHIUSO
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