Progettazione e sintesi di nuovi inibitori della proteina Racl e loro valutazione farmacologica nell'ambito della terapia cardiovascolare

Le affezioni cardiovascolari costituiscono l'esempio più evidente di patologie multifattoriali. Alla loro insorgenza concorrono la predisposizione genetica, con il coinvolgimento di un gran numero di geni che codificano per enzimi e proteine recettoriali e di trasporto coinvolti nel metabolismo lipidico e per fattori della coagulazione e molecole di adesione, e lo stile di vita, in particolare abitudini alimentari ed esercizio fisico, così come ulteriori condizioni patologiche come ipertensione e diabete mellito.
Data la sua complessità, la conoscenza sulla patologia cardiovascolare �? ancora incompleta, nonostante i grossi sforzi nella ricerca e i molti risultati, anche se parziali, ottenuti finora. La maggiore mortalità dovuta alla patologia cardiovascolare risale ai primi anni 60, ma anche dopo quarant'anni questa malattia �? ancora la principale causa di morte e disabilità nelle nazioni più industrializzate, e sta diventando sempre più diffusa anche nei paesi in via di sviluppo. Queste considerazioni suggeriscono che rimangano ancora da studiare meccanismi patogenetici e bersagli biologici fondamentali per lo sviluppo di strategie terapeutiche realmente innovative.
Tra i possibili bersagli farmacologici 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. L'interazione selettiva delle differenti Rho GTPasi con i relativi effettori determina il risultato finale della loro attivazione. Diverse evidenze mostrano che le proteine Rho giocano un ruolo fondamentale nella patogenesi dell'aterosclerosi, supportando così l'idea che le Rho possano essere potenziali bersagli farmacologici per le malattie cardiovascolari. 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 molti altri aspetti dello sviluppo della placca aterosclerotica, quali 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.
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 �? 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 5 nuovi e discretamente 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 �? l'obiettivo principale di questa proposta di progetto. Infatti, partendo dai 5 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 in modo da ottenere una completa informazione circa i profili farmacologici e tossicologici dei nuovi composti.
Infine, i migliori candidati farmaco, selezionati tramite i saggi in vitro, verranno sottoposti ad uno studio in vivo, valutandone così la potenziale attività
antiaterosclerotica in uno specifico modello animale. I risultati ottenuti permetteranno una descrizione sufficientemente completa della potenzialità di uso dei nuovi composti nella terapia dell'aterosclerosi.

Principal Investigators:

ALESSANDRO CONTINI

Financing institution:

MINISTERO DELL'ISTRUZIONE E DEL MERITO

Type:

FIRB-FiR08 - FIRB bando Futuro in Ricerca 2008

Project leader:

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI MILANO

Year:

2010

Duration:

Status:

Closed