L'effetto di donatori dell'atomo di idrogeno con composti chinonici: basi molecolari per attività biologiche di protezione

Responsabili di progetto

Carla Ferreri, Vladimir Varlamov

Accordo

RUSSIA - RAS old - Russian Academy of Sciences old

Bando

CNR/RAS 2011-2013

Dipartimento

Progettazione Molecolare

Area tematica

Scienze chimiche e tecnologie dei materiali

Stato del progetto

Nuovo

Proposta di ricerca

Le sostanze naturali aventi struttura chinonica (Ubichinone, vitamine del gruppo K, ed altre) giocano un ruolo importante nella vita umana ed animale. Recentemente, composti chinonici di sintesi hanno trovato una rilevante applicazione come farmaci per il trattamento dei tumori (mitomicina C)  ed altre malattie (virali). E’ comunque ben noto che la maggior parte dei chinoni esplica attività tossicologiche e patogene attraverso una reattività molecolare di base, che è l’abilità dei chinoni di estrarre l’atomo di idrogeno dalle molecole organiche (presenti in ambito biologico) dando avvio a reazioni di tipo radicalico.Tipicamente il sito di attacco per l’estrazione di idrogeno è il legame più debole, che negli organismi viventi risulta essere il legame S-H (zolfo-idrogeno) presente nei residui cisteinici delle molecole proteiche. Data l’evidente importanza di questo argomento, lo sviluppo di ricerche di base sulla reattività dei chinoni con i composti solforati ed i fattori influenti è di estrema importanza per l’espansione delle applicazioni farmacologiche e biologiche, che fin qui sono state solo sporadiche proprio per la mancanza di dati molecolari. Il progetto punta ad eseguire uno studio esaustivo su questo argomento.
Lo studio sarà rivolto innanzitutto ad identificare sistemi modello che possano consentire una valutazione della reattività di base dei chinoni (o loro analoghi) con le sostanze tioliche - dal punto di vista dell’andamento cinetico e dei singoli step chiave -  in un ambiente biomimetico, che possa essere quindi utile a superare le difficoltà sperimentali di esaminare direttamente un modello biologico, ma che mantenga una forte correlazione con la complessità dei sistemi cellulari.
I modelli liposomiali sono stati messi a punto dal gruppo Italiano, e già sperimentati per il danno radicalico su lipidi, proteine e DNA, per l’applicazione allo sviluppo di biomarcatori dello stress radicalico. Pertanto, nel progetto bilaterale vi sarà un trasferimento tecnologico della progettazione di sistemi biomimetici al gruppo russo. I sistemi modello consentiranno di eseguire studi quali- e quantitativi sulle reazioni chinone-tiolo e di ottenere le costanti di velocità dei singoli stadi.
Il gruppo Russo ha una ben affermata esperienza nell’ambito delle cinetiche di stadi elementari e di processi complessi in fase liquida, così come nell’individuazione di trattamenti matematici e leggi di correlazione per interpretare le misure. Il gruppo Russo ha sviluppato trattamenti matematici e possiede la strumentazione necessaria per eseguire esperimenti cinetici accurati. In particolare, essi hanno adoperato estensivamente la spettrofotometria cinetica, facendo uso di un reattore a controllo di temperatura direttamente inserito nell’apparato spettrofotometrico e collegato al sistema di degassamento. In tal modo le misure possono essere acquisite in continuo e si può studiare l’effetto del cambiamento del degassamento durante la reazione. Ciò e’ molto importante per le cinetiche in presenza/assenza di ossigeno. Il gruppo Russo ha uno specifico know-how sulle cinetiche, ma non le ha mai applicate ai sistemi liposomiali, pertanto sarà molto interessante poter eseguire le misure nei modelli biomimetici.

Obiettivi della ricerca

Studiare e progettare sistemi modello di tipo liposomiale che simulino l’eterogeneità dell'ambiente biologico e che possano essere utilizzati per esaminare la reattività chinoni-tioli, dal punto di vista delle misure cinetiche nonchè della caratterizzazione dei prodotti ottenuti.
Identificare gli stadi elementari e il processo cinetico complessivo tra tioli e chinoni. Composti di importanza biologica verranno utilizzati (ubichinone e glutatione, per esempio). Dati i coefficienti di ripartizione delle sostanze, la reattività dipenderà anche dal modello liposomiale prescelto e dalla tecnologia di preparazione dei liposomi (incorporazione delle sostanze, oppure aggiunta nel mezzo).
Determinazione della reattività di tioli in sequenze peptidiche e proteiche e l'interazione con chinoni di diversa struttura
Ricavare i dati cinetici e correlazioni matematiche che identificano la reattività chinoni-tioli in sistemi biomimetici
Identificare le principali reazioni ed i fattori che influenzano la reattività (presenza di ossigeno, concentrazioni relative, pH, etc)
Infine, dare una base molecolare all'attività del sistema tiolo-chinone, non solo intesa come innesco di reazioni radicaliche, ma anche come controllo della reattività e riduzione di reazioni indesiderate, nonché come formazione di prodotti o creazione di sinergie, al fine di evidenziare proprietà utili per l’implementazione di proprietà farmacologiche.

Ultimo aggiornamento: 25/04/2025