Narodowe Centrum Nauki
SONATA 17 nr UMO-2021/43/D/ST4/00997
Tytuł projektu
Odwracalna modulacja funkcji G-kwadrupleksu z wykorzystaniem fotoczułych ligandów - badania in vitro i komórkowe
Dofinansowanie: 1 052 128,00 PLN
Miejsce realizacji: Instytut Materiałów Zaawansowanych
Kierownik projektu: dr inż. Marta Dudek
Okres realizacji: od 2022-07-01 do 2025-06-30
Opis projektu
Kwasy nukleinowe znane są ze swojej zdolności do przyjmowania różnych konformacji strukturalnych, począwszy od podwójnej helisy typu: A-, B-, Z-DNA, aż do form niekanonicznych, takich jak np. trypleks lub kwadrupleks, co umożliwia takim cząsteczkom DNA pełnienie zróżnicowanych funkcji w komórkach. Na przykład podwójna helisa DNA pełni rolę nośnika informacji genetycznej, podczas gdy podstawową funkcją cząsteczki informacyjnego RNA (mRNA) jest bycie bezpośrednią matrycą do syntezy białka w procesie translacji. Wśród różnych niekanonicznych struktur DNA, niewątpliwie G-kwadrupleksy (G4s) zwracają szczególną uwagę w wielu dyscyplinach naukowych, jako molekularne cele terapeutyczne, katalizatory czy też jako podstawa materiałów funkcjonalnych. Te strukturalnie wyróżniające się sekwencje oligonukleotydowe są zbudowane z ułożonych warstwowo π-π G-kwartetów, które są stabilizowane przez wiązania wodorowe typu Hoogsteena i przez koordynowanie kationów metali np. Na+, K+. Co ważne, G4s znajdują się w ludzkim genomie i pełnią ważne funkcje w takich procesach jak transkrypcja, replikacja, naprawa i utrzymywanie odpowiedniej długości i stabilności telomerów. W konsekwencji, zaczęto poszukiwać cząsteczek, które mogą pomagać w kontrolowaniu i modulowaniu ich funkcji biologicznych. Do tej pory zidentyfikowano wiele ligandów wiążących się do danych typów struktury G-kwadrupleksów, jednak tylko niewielka grupa tych związków wykazuje możliwość odwracalnego mechanizmu wiązania. W tym kontekście, związki światłoczułe są kluczowym komponentem w projektowaniu zaawansowanych metod fototerapeutycznych. Światło jest idealnym narzędziem do nieinwazyjnej manipulacji w układach biologicznych, gdyż nie zanieczyszcza układu, można je precyzyjnie kontrolować w odniesieniu do czasu oraz miejsca, przez co modulacja funkcji biologicznych jest ograniczona do miejsca docelowego, tym samym minimalizując efekty uboczne. W tym kontekście,szczególnie ważną grupę związków stanowią azobenzeny (ABs), dobrze znane przełączniki fotochromowe – czyli związki, których geometria może być odwracalnie zmieniana pod wpływem absorbowanego świtała. Konsekwencją zmiany geometrii jest różnica we właściwościach izomerów, co czyni azobenzeny doskonałym światłoczułym narzędziem molekularnym do zdalnej manipulacji. W naszym projekcie proponujemy interdyscyplinarne podejście, w celu opracowania nowych, aktywowanych światłem ligandów G4s jako metody, którą będzie można wykorzystać do zaawansowanych strategii terapeutycznych. Dlatego też zaprojektujemy i zsyntezujemy nowe pochodne ABs, a następnie zbadamy ich oddziaływania ze strukturami G4s w warunkach in vitro i w komórkach nowotworowych. Nowatorski charakter tego projektu wynika z faktu, że będzie to pierwsza próba wykorzystania ABs do odwracalnej modulacji funkcji G4s w systemach komórkowych. W tym projekcie chcemy: (I) użyć azobenzenów ponieważ możemy wpływać na ich wiązanie z G4s poprzez ich przełączanie (trans-cis) (II) zbadać, czy wyniki uzyskane dla G4 w warunkach in vitro korelują z danymi uzyskanymi w badaniach cytotoksyczności na komórkach (III) zbadać czy różna cytotoksyczność wykazywana przez izomery koreluje z ich zdolnością do zakłócania procesów związanych z przepływem informacji genetycznej np. poprzez stabilizację G4,
(IV) a jeżeli nasze cząsteczki wpłyną na te procesy, to czy możemy selektywnie obniżyć ekspresję wybranych genów nowotworowych (np. MYC, KRAS itp.). Postępując w ten sposób, będziemy w stanie regulować ekspresję genów zawierających motyw G4, które odgrywają rolę w procesach nowotworowych, co pozwoli nam na weryfikację naszej koncepcji i umożliwi rozwinięcie innowacyjnych metod terapeutycznych opartych o G4-(foto)terapie.