• 14-3-3 proteins
• adme-tox profiling
• cancer
• organic synthesis
• PPI
• protein-protei-interaction

La ricerca scientifica ha mostrato un crescente interesse nello sviluppo di modulatori delle interazioni proteina-proteina (PPI) di varia natura, come Small Molecules (SM), peptidi e anticorpi. Questi possono interferire o stabilizzare l’interazione tra le proteine offrendo nuove strategie per il trattamento di diverse patologie. Tra le proteine ampiamente studiate oggi come possibili target per lo sviluppo di nuove terapie si ritrovano le proteine 14-3-3. Le 14-3-3 sono una classe ubiquitaria di proteine regolatrici, altamente conservata, ed esistono nell’uomo in sette diverse isoforme: β, γ, ε, η, σ, τ (θ) e ζ. Sono hub-proteins in quanto risultano prive di attività enzimatica diretta: legano infatti la proteina target e ne influenzano la locazione, stabilità e/o attività. Queste proteine formano omo/etero-dimeri e hanno come target altre proteine fosforilate, principalmente chinasi, su specifici residui di Ser o Thr. Riconoscono il gruppo fosfato tramite tre aminoacidi basici, Lys49, Arg56 e Arg127, e ospitano la proteina partner in un solco anfipatico.
L’espressione di queste proteine è altamente regolata per garantire il mantenimento dell’omeostasi cellulare. Una lieve alterazione di questo equilibrio può condurre all’insorgenza di varie patologie come ad esempio disturbi cardiovascolari, cancro e patologie neurodegenerative.
Le 14-3-3 sono ampiamente espresse nel sistema nervoso centrale, e di fatto sono coinvolte in numerose malattie neurodegenerative. Il legame anomalo delle 14-3-3 con la proteina Tau è stato osservato in malattie come l'Alzheimer e la malattia di Creutzfeldt-Jakob, mentre bassi livelli dell’isoforma ζ di 14-3-3 sono stati riscontrati in pazienti affetti da Parkinson. Sono poi iperespresse in quasi tutti i tipi di tumori, ad eccezione dell’isoforma σ. Il loro contributo allo sviluppo del tumore è legato alla regolazione di oncoproteine e oncosoppressori fosforilati, che influenzano insorgenza, sviluppo, metastasi e invasione tumorale.
La possibilità di stabilizzare i complessi proteici che coinvolgono le proteine 14-3-3 è stata scoperta nel 1994, analizzando la struttura del complesso proteico 14-3-3/PMA2/FC-A. Questo studio ha rivelato che la Fusicoccina A (FC-A) stabilizza l’affinità di questa specifica PPI.
Durante il mio percorso di tesi mi sono occupata della sintesi di nuovi composti in grado di modulare l’attività delle 14-3-3. Nello specifico ho provveduto alla sintesi di derivati del lead compound FC86 che è stato scoperto essere un modulatore della 14-3-3. I nuovi derivati sintetizzati hanno il nucleo 2-oxo-indolico come struttura centrale che è stato variamente funzionalizzato nelle posizioni 3 e 5 con il fine di ampliare la libreria di composti del laboratorio. Inoltre, grazie alla collaborazione con il Fraunhofer ITMP di Amburgo ho svolto un periodo di tre mesi presso i laboratori del Dr Sheraz Gul ed ho saggiato le molecole di nuova sintesi per le loro proprietà ADME-Tox.
La progettazione sintetica e la caratterizzazione delle nuove molecole saranno trattate nell’elaborato della
mia tesi di laurea insieme ai dati relativi alla profilazione ADME-Tox preliminare svolta al Fraunhofer ITMP.

ENGLISH VERSION

Scientific research has shown a growing interest in the development of protein-protein interactions (PPI) modulators of various kinds, such as small molecules (SM), peptides and antibodies. These can interfere or stabilize the interaction between proteins, offering new strategies for treating different diseases. Among the plethora of PPI as possible targets for the development of new therapies we can find 14-3-3 proteins. Those are a ubiquitous class of highly conserved regulators, of which seven isoforms have been identified in mammalian cells: β, γ, ε, η, σ, τ (θ) and ζ. They are hub-proteins called “molecular-anvil” as they non-covalently bind the target protein without direct enzymatic activity. In doing so, they affect its location, stability and/or activity. These proteins can form homo/hetero-dimers and target other phosphorylated proteins, mainly kinases, on specific Ser or Thr residues. They recognize the phosphate group via three basic aminoacids, Lys49, Arg56 and Arg127, and host the partner protein in an amphipathic groove.
The expression of these proteins is highly regulated to ensure maintenance of cellular homeostasis. A slight alteration of this balance can lead to various pathologies onset, such as cardiovascular disorders, cancer and neurodegenerative diseases. 14-3-3 are widely expressed in the central nervous system and they are involved in many neurodegenerative illnesses. The abnormal binding of 14-3-3 to Tau protein has been observed in Alzheimer and Creutzfeldt-Jakob disease, while low levels of the isoform ζ have been found in patients with Parkinson. They are also overexpressed in almost all types of tumors, except for σ isoform. Their contribution to tumor etiopathology is linked to the regulation of phosphorylated oncoproteins and oncosuppressors, which affect cancer occurrence, development, metastasis and invasion.
The possibility of stabilizing PPI involving 14-3-3 proteins was discovered in 1994 by analyzing the structure of the protein complex 14-3-3/PMA2/FC-A. This study revealed that Fusicoccin A (FC-A) increases the affinity of this specific PPI.

During my thesis I have synthesised new compounds able to modulate the activity of 14-3-3. Specifically, I have provided novel derivatives of the lead compound FC86, which has been discovered to be a 14-3-3 modulator.
The new synthesized derivatives have the 2-oxo-indole nucleus as their central structure which has been variously functionalized at positions 3 and 5 in order to expand the laboratory library. In addition, thanks to the collaboration with the Fraunhofer ITMP in Hamburg, I spent three months at Dr Sheraz Gul’s laboratories and tested the newly synthesised molecules for their ADME-Tox properties. The synthetic design and characterisation of these molecules will be exhaustively discussed in my thesis, along with data from the preliminary ADME-Tox profiling at Fraunhofer ITMP.