Desenvolupament de lligands de l’estructura secundària d’RNA implicada en el processat alternatiu de l’exó 10 de la proteïna tau

Abstract

Aquesta tesi doctoral s’ha basat en el desenvolupament de nous compostos amb capacitat per interaccionar de forma selectiva i específica amb l’estructura secundària localitzada al final de l’exó 10 del pre-mRNA codificant de la proteïna tau, ja que l’aparició de mutacions que la desestabilitzen està relacionada amb l’aparició de malalties degeneratives, com ara la FTDP-17 (Demència Frontotemporal i Parkinsonisme associat al cromosoma 17).

La identificació dels lligands, s’ha dut a terme mitjançant la química combinatòria dinàmica (DCC) a travès de reaccions reversibles de bescanvi d’enllaços tiol-disulfur sobre una biblioteca dinàmica formada per un total de 10 compostos orgànics derivatitzats amb un grup tiol, tots ells amb capacitat per interaccionar amb els diversos motius estructurals presents a l’RNA. Concretament, s’han sintetitzat quatre molècules denominades Janus amb l’objectiu de reconèixer específicament els parells G-U, que es troben tant a la seqüència nativa com a les mutades, i un derivat de l’ametantrona amb capacitat per intercalar-se a la regió del bulge present a l’estructura de l’RNA diana. A més, també s’ha incorporat un compost heteroaromàtic per al reconeixement de bases desaparellades, dos derivats aminoglicosídics i l’agent intercalant acridina.

Els resultats obtinguts han confirmat que els lligands derivats de l’ametantrona interaccionen preferentment amb la seqüència nativa de la diana d’RNA en comparació amb els que contenen acridina, on la combinació amb l’aminoglicòsid ha estat la més afavorida. A continuació, tant la seva síntesi a gran escala com la d’un segon grup de compostos de segona generació, basats en la guanidinilació del fragment neamina i en la doble funcionalització del residu amentatrona, s’ha dut a terme en solució.

Un cop sintetitzats els diferents compostos, en una segona part del treball s’ha estudiat la seva interacció amb la diana a través de diverses tècniques biofísiques (espectroscòpia de fluorescència, d’UV-visible i d’RMN), amb l’objectiu de determinar, d’una banda, l’afinitat i l’especificitat amb la seqüència oligoribonucleotídica i, de l’altre, el seu lloc d’unió.

Finalment, també s’ha determinat la capacitat estabilitzant dels lligands amb la seqüència nativa i les mutades, clau per al desenvolupament de nous fàrmacs que permetin regular el processat alternatiu de l’exó 10 del pre-mRNA de tau.

RNA plays an essential role in many cellular processes, from the regulation of gene expression to protein synthesis, as well as in the progression of viral diseases. Hence, the discovery of selective and, more importantly, specific ligands for this macromolecule represents a challenge for medicinal and bioorganic chemistry and therapy. Moreover, the potential for targeting RNA with small molecules is immense given its ability to adopt complex three-dimensional structures, similar to those observed in proteins.

Most of the known RNA-binding ligands can each bind to several different RNA targets of unrelated sequence and structure, which compromises their biological applications. We hypothesize that affinity and specificity could be improved by combining two or more small molecules with different abilities to recognize some of the secondary structural motifs present in a particular RNA target. This fragment-based lead-discovery search approach offers new perspectives and opportunities for identifying RNA ligands with improved properties, as well as for increasing our understanding of RNA recognition mechanisms. In this PhD thesis, we have used dynamic combinatorial chemistry (DCC) to identify ligands for the stem-loop structure located at the exon 10-5’-intron junction of tau pre-mRNA, which is involved in the onset of several tauopathies, including frontotemporal dementia with Parkinsonism linked to chromosome 17 (FTDP-17). These compounds bind to the stem-loop RNA target with high affinity (70 – 300 nM) and are able to stabilize both the wild-type and the +3, +14 and +16 mutated sequences associated with the development of FTDP-17. In addition, some of them seem to have a preferred binding site in the target RNA, as inferred from spectroscopic studies (UV-visible, fluorescence and NMR).