ETD

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• epatocarcinoma

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the leading causes of cancer-related mortality worldwide and is characterized by profound metabolic alterations, including the hyperactivation of the pentose phosphate pathway and the enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD). G6PD plays a key role in NADPH production, maintenance of cellular redox balance, and tumor cell survival, making it a promising therapeutic target.

The aim of this thesis was to identify and characterize potential allosteric sites involved in the non-competitive inhibition of human G6PD through molecular docking and computational structural analysis approaches. Several crystal structures of the protein, both with and without ligands or mutations, were analyzed using UCSF Chimera and Maestro, while GOLD and AutoDock were employed for docking simulations.

Preliminary studies identified two potential binding pockets involved in the interaction with non-competitive inhibitors, named S1 and S2. The S1 pocket is located near the structural NADP+ binding site and involves residues such as Gln209, Arg439, Asp443, Cys446, and Ser448. The S2 pocket is proximal to the G6P substrate site and includes residues such as Ser332, Thr333, Arg257, and Ile472.

Particular attention was dedicated to novel aminoquinazolinone derivatives developed in the laboratories of Prof. Rapposelli, especially the compound AB196, which showed strong experimental inhibitory activity. Blind docking simulations revealed binding behaviors different from those of the reference compound G6PDi-1, suggesting possible alternative interactions within the S1 and S2 sites.

The analyses were further refined by introducing modeled structural elements (“artifacts”), including a water molecule and an N-terminal α-helix fragment that is not completely resolved in the available crystal structures. This approach highlighted conformational variations and potential allosteric interactions that may contribute to the inhibitory mechanism of G6PD.

Overall, the obtained results confirm the therapeutic potential of G6PD as an anticancer target and suggest that the S1 and S2 pockets may represent relevant regions for the development of novel non-competitive inhibitors. However, the molecular mechanism of inhibition has not yet been fully clarified, and further computational and experimental studies will be necessary to validate the proposed binding sites and support the development of new therapeutic strategies for HCC.

Il carcinoma epatocellulare (HCC) è una delle principali cause di mortalità oncologica ed è caratterizzato da profonde alterazioni metaboliche, tra cui l’iperattivazione della via dei pentosi fosfati e dell’enzima glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD). Il G6PD svolge un ruolo chiave nella produzione di NADPH, nel mantenimento dell’equilibrio redox e nella sopravvivenza delle cellule tumorali, risultando quindi un potenziale bersaglio terapeutico.

Questo lavoro di tesi ha avuto come obiettivo l’identificazione e la caratterizzazione di possibili siti allosterici coinvolti nell’inibizione non competitiva del G6PD umano, attraverso approcci di molecular docking e analisi strutturale computazionale. Sono stati analizzati diversi cristalli della proteina, con e senza ligandi o mutazioni, mediante UCSF Chimera e Maestro, utilizzando GOLD e AutoDock per le simulazioni di docking.

Dagli studi preliminari sono state identificate due tasche potenzialmente coinvolte nel legame di inibitori non competitivi, denominate S1 e S2. La tasca S1 è localizzata vicino al sito del NADP+ strutturale e coinvolge residui quali Gln209, Arg439, Asp443, Cys446 e Ser448; la tasca S2 è invece prossimale al sito del substrato G6P e comprende residui come Ser332, Thr333, Arg257 e Ile472.

Particolare attenzione è stata dedicata ai nuovi derivati amminochinazolinonici sviluppati nei laboratori della Prof.ssa Rapposelli, in particolare al composto AB196, che ha mostrato un’elevata attività inibitoria sperimentale. Le simulazioni di blind docking hanno evidenziato comportamenti differenti rispetto al composto di riferimento G6PDi-1, suggerendo possibili interazioni alternative nei siti S1 e S2.

Le analisi sono state ulteriormente approfondite introducendo elementi strutturali modellati (“artefatti”), tra cui una molecola d’acqua e una porzione di α-elica N-terminale non completamente risolta nelle strutture cristallografiche disponibili. Questo approccio ha permesso di evidenziare variazioni conformazionali e possibili interazioni allosteriche che potrebbero contribuire al meccanismo di inibizione del G6PD.

Nel complesso, i risultati ottenuti confermano il potenziale interesse terapeutico del G6PD come target antitumorale e suggeriscono che le tasche S1 e S2 possano rappresentare regioni rilevanti per lo sviluppo di nuovi inibitori non competitivi. Tuttavia, il meccanismo molecolare di inibizione non risulta ancora completamente chiarito e saranno necessari ulteriori studi computazionali e sperimentali per validare definitivamente i siti di legame e supportare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per l’HCC.