titolo
Misure sperimentali e simulazioni al calcolatore per contrastare la crescita delle cellule tumorali
target
totem,dipartimento,ppim
data_pubblicazione
18-07-2023
testo
Un nuovo metodo basato sull'applicazione della fisica della materia a sistemi biologici permette di studiare particolari molecole coinvolte nella crescita delle cellule tumorali. Il protocollo messo a punto, frutto della collaborazione fra il Dipartimento di Fisica della Sapienza, il Dipartimento di Fisica e Geologia dell'Universita' di Perugia e l'Istituto Officina dei Materiali del Cnr, potra' essere applicato tanto per sviluppare farmaci antitumorali di nuova generazione quanto per valutare l'efficacia di quelli esistenti. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Journal of American Chemical Society (JACS), che ha anche selezionato un'immagine creata dagli autori come copertina supplementare.
I telomeri sono particolari aree del DNA umano legate a piu' dell'85% dei tumori maligni e il loro studio potrebbe portare allo sviluppo di farmaci antitumorali di nuova generazione con un ampio spettro d'azione.
Questi elementi si trovano all'estremita' dei cromosomi e hanno una funzione protettiva poiche' preservano l'integrita' del DNA durante i processi di replicazione cellulare, svolgendo un ruolo importante nel processo di invecchiamento cellulare. Ogni volta che una cellula si divide, i telomeri a poco a poco si accorciano sempre di piu'. Quando diventano troppo corti, la cellula perde la sua capacita' di replicarsi correttamente e puo' entrare in uno stato di invecchiamento o morire. Nel caso delle cellule tumorali di piu' dell'85% dei tumori maligni, si verifica l'attivazione di un enzima chiamato telomerasi, che mantiene i telomeri piu ' lunghi rispetto alle cellule normali. Cio' conferisce alle cellule tumorali immortalita' e la capacita' di proliferare in modo illimitato. La stabilizzazione dei G-quadruplex, strutture elicoidali a quattro filamenti che si formano nei telomeri, tramite l'uso di molecole chiamate ligandi, rappresenta un efficace approccio per inibire l'attivita' della telomerasi e limitare la crescita delle cellule tumorali. Questi ligandi potrebbero quindi fungere da nuovi farmaci per il trattamento del cancro.
La maggior parte delle ricerche attuali si concentra sui G-quadruplex in condizioni ideali, cioe' come molecole biologiche che non interagiscono reciprocamente. Tuttavia, in condizioni biologicamente rilevanti, come ad esempio alle estremita' dei cromosomi, possono formarsi strutture composte da piu' unita' interagenti di G-quadruplex, note come multimeri.
In uno studio coordinato dal Prof. Cristiano de Michele del Dipartimento di Fisica della Sapienza, dalla Dott.ssa Lucia Comez dell'Istituto Officina dei Materiali del Cnr di Perugia e dal Prof. Alessandro Paciaroni del Dipartimento di Fisica e Geologia dell'Universita' di Perugia e' stato sviluppato un nuovo metodo che consente di ottenere informazioni sulla stabilita' di multimeri di G-quadruplex telomerici.
I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Journal of American Chemical Society (JACS), potranno essere applicati tanto per sviluppare farmaci antitumorali di nuova generazione quanto per valutare l'efficacia di quelli esistenti.
In particolare, i ricercatori hanno utilizzato per la prima volta delle simulazioni "extremely coarse-grained" in cui i G-quadruplex vengono rappresentati con semplici forme geometriche, come cilindri o parallelepipedi. Queste simulazioni non sono particolarmente pesanti e consentono lo studio di migliaia di G-quadruplex interagenti tra di loro, riproducendo cosi' condizioni biologicamente rilevanti. Questo ha permesso un confronto diretto tra i risultati numerici al calcolatore e gli esperimenti effettuati sia presso i nostri laboratori che in centri di ricerca internazionali, fornendo una inedita rappresentazione dei multimeri di G-quadruplex.
"In particolare – spiega De Michele - abbiamo studiato come dei ligandi, cioe' dei potenziali farmaci antitumorali, agiscano sui G-quadruplex e grazie al nostro innovativo approccio abbiamo potuto capire in che modo risultano efficaci nella loro stabilizzazione".
"Inoltre – aggiunge Paciaroni - nel nostro lavoro definiamo un protocollo che si potra' applicare per lo studio dei G-quadruplex, ma che in futuro potra' anche essere utilizzato per altri sistemi biofisici".
"Questo studio – conclude Comez – rappresenta un notevole passo in avanti nel nostro percorso, iniziato diversi anni fa, per comprendere le proprieta' elusive di questi sistemi biologici altamente complessi"
Riferimenti:
Stacking Interactions and Flexibility of Human Telomeric Multimers
DOI: 10.1021/jacs.3c04810
Info
Cristiano De Michele Dipartimento di Fisica, Sapienza Universita' di Roma M (cellulare: +393334059531) Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Lucia Comez Istituto Officina dei Materiali CNR - IOM
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Alessandro Paciaroni
Dipartimento di Fisica e Geologia, Universita' degli Studi di Perugia
Tel 075 585 2716
Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
I telomeri sono particolari aree del DNA umano legate a piu' dell'85% dei tumori maligni e il loro studio potrebbe portare allo sviluppo di farmaci antitumorali di nuova generazione con un ampio spettro d'azione.
Questi elementi si trovano all'estremita' dei cromosomi e hanno una funzione protettiva poiche' preservano l'integrita' del DNA durante i processi di replicazione cellulare, svolgendo un ruolo importante nel processo di invecchiamento cellulare. Ogni volta che una cellula si divide, i telomeri a poco a poco si accorciano sempre di piu'. Quando diventano troppo corti, la cellula perde la sua capacita' di replicarsi correttamente e puo' entrare in uno stato di invecchiamento o morire. Nel caso delle cellule tumorali di piu' dell'85% dei tumori maligni, si verifica l'attivazione di un enzima chiamato telomerasi, che mantiene i telomeri piu ' lunghi rispetto alle cellule normali. Cio' conferisce alle cellule tumorali immortalita' e la capacita' di proliferare in modo illimitato. La stabilizzazione dei G-quadruplex, strutture elicoidali a quattro filamenti che si formano nei telomeri, tramite l'uso di molecole chiamate ligandi, rappresenta un efficace approccio per inibire l'attivita' della telomerasi e limitare la crescita delle cellule tumorali. Questi ligandi potrebbero quindi fungere da nuovi farmaci per il trattamento del cancro.
La maggior parte delle ricerche attuali si concentra sui G-quadruplex in condizioni ideali, cioe' come molecole biologiche che non interagiscono reciprocamente. Tuttavia, in condizioni biologicamente rilevanti, come ad esempio alle estremita' dei cromosomi, possono formarsi strutture composte da piu' unita' interagenti di G-quadruplex, note come multimeri.
In uno studio coordinato dal Prof. Cristiano de Michele del Dipartimento di Fisica della Sapienza, dalla Dott.ssa Lucia Comez dell'Istituto Officina dei Materiali del Cnr di Perugia e dal Prof. Alessandro Paciaroni del Dipartimento di Fisica e Geologia dell'Universita' di Perugia e' stato sviluppato un nuovo metodo che consente di ottenere informazioni sulla stabilita' di multimeri di G-quadruplex telomerici.
I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Journal of American Chemical Society (JACS), potranno essere applicati tanto per sviluppare farmaci antitumorali di nuova generazione quanto per valutare l'efficacia di quelli esistenti.
In particolare, i ricercatori hanno utilizzato per la prima volta delle simulazioni "extremely coarse-grained" in cui i G-quadruplex vengono rappresentati con semplici forme geometriche, come cilindri o parallelepipedi. Queste simulazioni non sono particolarmente pesanti e consentono lo studio di migliaia di G-quadruplex interagenti tra di loro, riproducendo cosi' condizioni biologicamente rilevanti. Questo ha permesso un confronto diretto tra i risultati numerici al calcolatore e gli esperimenti effettuati sia presso i nostri laboratori che in centri di ricerca internazionali, fornendo una inedita rappresentazione dei multimeri di G-quadruplex.
"In particolare – spiega De Michele - abbiamo studiato come dei ligandi, cioe' dei potenziali farmaci antitumorali, agiscano sui G-quadruplex e grazie al nostro innovativo approccio abbiamo potuto capire in che modo risultano efficaci nella loro stabilizzazione".
"Inoltre – aggiunge Paciaroni - nel nostro lavoro definiamo un protocollo che si potra' applicare per lo studio dei G-quadruplex, ma che in futuro potra' anche essere utilizzato per altri sistemi biofisici".
"Questo studio – conclude Comez – rappresenta un notevole passo in avanti nel nostro percorso, iniziato diversi anni fa, per comprendere le proprieta' elusive di questi sistemi biologici altamente complessi"
Riferimenti:
Stacking Interactions and Flexibility of Human Telomeric Multimers
DOI: 10.1021/jacs.3c04810
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Cristiano De Michele Dipartimento di Fisica, Sapienza Universita' di Roma M (cellulare: +393334059531) Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Lucia Comez Istituto Officina dei Materiali CNR - IOM
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Alessandro Paciaroni
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Tel 075 585 2716
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