Istituto di Chimica Biomolecolare

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1 Soggetto Proponente Ragione Sociale: Consiglio azionale delle Ricerche Indirizzo: Istituto CR di Chimica Biomolecolare- Traversa La Crucca, , Li Punti, Sassari Telefono: Fax: mauro.marchetti@icb.cnr.it o gloria.rassu@icb.cnr.it Rappresentante Legale: Dott. Mauro Marchetti (dirigente di ricerca CR) Referente per il Programma: Dott.ssa Gloria Maria Rita Rassu (Dirigente di Ricerca, CR) Tipologia X Centro di Ricerca Pubblico o Privato Breve Presentazione del Soggetto Proponente perante in Sardegna L Istituto CR di Chimica Biomolecolare è stato fondato nel 1981 (ex-denominazione: Istituto CR per l Applicazione delle Tecniche Chimiche Avanzate ai Problemi Agrobiologici), opera da oltre 15 anni nella seguente tematica di ricerca: "Sintesi, caratterizzazione e reattività di composti biologicamente attivi" ed afferisce al Dipartimento del CR: Progettazione molecolare. Le competenze principali presenti nell Istituto ICB di Sassari sono: sintesi chimica stereoselettiva, catalisi, chimica bioorganica, biomimetica, produzione di librerie di composti bioattivi, analisi strutturale di composti bioattivi, peptidi, peptidomimetici, carboidrati, glicomimetici, analisi delle interazioni recettore-ligando, risonanza magnetica, raggi X, spettroscopia di massa, modellistica molecolare. Queste competenze sono riassunte nei titoli dei vari progetti di ricerca dell Istituto ICB di Sassari (moduli di attività CR): Sintesi stereoselettiva di piccole molecole organiche naturali e naturali-analoghe come entità individuali o sotto forma di collezioni diversificate. Sviluppo di nuove strategie di sintesi stereoselettiva di molecole biologicamente attive. Sintesi e caratterizzazione di composti chirali e chirali non racemi d interesse biologico mediante molecole ad alta simmetria. Ligandi dei recettori nicotinici che modulano neurotrasmettitori (nachrs) 1

2 Preparazione di nuovi principi attivi di farmaci mediante reazioni catalitiche d idroformilazione e idrogenazione. Applicazione di tecniche di bioimmagini MR a problematiche mediche e agroalimentari. Analisi, sintesi e studio conformazionale di peptidi ad attività oppioidi derivanti da proteine alimentari. Studio di enzimi ad attività tiroxina-chinasi implicati nella proliferazione cellulare. L Istituto, in accordo al regolamento di disciplina delle attività di promozione e sostegno della ricerca del CR, svolge al suo interno anche attività di formazione di giovani attraverso borse di studio, stage di formazione, contratti di ricerca, tesi di laurea, dottorati di ricerca e tirocinii. L Istituto ha numerose collaborazioni sia con la comunità scientifica italiana sia con quella internazionale. Dal 2002 dispone di una propria ed adeguata sede in regione Baldinca (Sassari) con 1400 mq di superficie perfettamente attrezzata, dispone di numerose apparecchiature scientifiche ed informatiche di ultima generazione ed, al suo interno, vi operano 16 ricercatori, 6 tecnici e 3 amministrativi. Il riconoscimento internazionale della ricerca svolta dall ICB, sez. Sassari è, inoltre, testimoniato dalle numerose collaborazioni in atto con gruppi di ricerca d indiscussa rilevanza scientifica, da contratti e borse di studio con Ditte di rilevanza internazionale specializzate nelle molecole bioattive e dalle numerose pubblicazioni su riviste internazionali. In particolare, la Dott.ssa Gloria Maria Rita Rassu presta la propria attività presso l Istituto di Chimica Biomolecolare ed afferisce al Dipartimento Progettazione Molecolare del Consiglio azionale delle Ricerche. L attività di ricerca della Dott.ssa Rassu si svolge nell ambito dello sviluppo di metodologie sintetiche per l'accesso ad importanti classi di biomolecole basate sullo sfruttamento, a fini sintetici, di dienossisilani eterociclici a base furanica, pirrolica e tiofenica e sulla loro coniugazione regio- e diastereocontrollata con innumerevoli accettori elettrofili. I prodotti derivati da questa attività di ricerca costituiscono piattaforme molecolari ineguagliabili, manipolabili, con tecniche proprie della sintesi organica contemporanea, in una varietà veramente ampia di composti chirali non racemi di possibile impiego nell area delle 2

3 piccole molecole funzionali con notevoli ricadute nei settori biologico, agrobiologico e farmaceutico. Attualmente il gruppo di ricerca diretto dalla Dott.ssa Rassu è impegnato in un progetto dal titolo Sintesi steroselettiva di collezioni di piccole molecole organiche naturali e naturalianaloghe mirate a sottotipi recettoriali delle integrine (responsabile Dott.ssa Gloria Maria Rita Rassu, Primo Ricercatore, CR). Tale progetto è inserito, come modulo, in una commessa del Dipartmento di Progettazione Molecolare del CR dal titolo: Sviluppo di nuove strategie per la diagnosi e la terapia del cancro attraverso il targeting e l inibizione dell angiogenesi. Programma di inserimento lavorativo biettivi Il programma di inserimento lavorativo proposto dalla Dott.ssa Gloria Maria Rita Rassu dal titolo Sintesi steroselettiva di collezioni di piccole molecole organiche naturali e naturalianaloghe mirate a sottotipi recettoriali delle integrine prevede l inserimento lavorativo e la contemporanea valorizzazione professionale e di un giovane laureato in chimica. Le basi di partenza di questo progetto prendono lo spunto dal ruolo cruciale che la sequenza RGDS (Arg-Gly-Asp-Ser) assume nei fenomeni di adesione cellulare, negli ultimi vent anni la ricerca nel campo delle integrine si è accresciuta in maniera esplosiva e gli studi sempre più approfonditi condotti ai più vari livelli sui recettori integrinici e sulle loro funzioni hanno permesso di eleggere questa famiglia di recettori come target di primo rilievo per la scoperta e lo sviluppo di nuovi agenti terapeutici. Le integrine, che costituiscono una popolosa famiglia di proteine di superficie cellulare, giocano un ruolo chiave nei processi di riconoscimento e di adesione tra cellula e cellula e tra cellula e matrice extracellulare. Esse intervengono in un gran numero di processi biologici che spaziano dallo sviluppo dell embrione alla coagulazione del sangue, dall angiogenesi al controllo immunitario, fino alla regolazione fra proliferazione e morte cellulare (apoptosi). Da un punto di vista strutturale, le integrine sono proteine transmembranarie espresse come eterodimeri nelle membrane di superficie e tali costrutti sono costituiti dall associazione non covalente di due subunità α e β. Differenti tipi cellulari esprimono una grande varietà di associazioni α/β caratterizzate da ampi spettri di funzioni e di capacità di legame. Uno degli obiettivi più interessanti della ricerca in questo dominio risiede nell identificazione di piccole molecole che possano interagire con e discriminare tra le diverse classi recettoriali. 3

4 Storicamente lo studio delle interazioni tra recettori integrinici e loro ligandi (interazione recettore-controrecettore) si è sviluppato attraverso alcuni momenti specifici e con una evoluzione che a partire dal ligando naturale (endogeno) ha condotto, prima, all individuazione di ligandi artificiali di natura peptidica a vari livelli di flessibilità conformazionale (composti 1, 2 e 3 in Figura 1), poi alla costruzione di ligandi ibridi dove una sequenza peptidica specifica di riconoscimento è affiancata da o insiste su una piattaforma molecolare non necessariamente peptidica (composti 4 e 5 in Figura 1) ed infine all ideazione di entità molecolari decisamente non peptidiche capaci di proiettare le funzionalità chiave per il riconoscimento all interno dello spazio recettoriale di scelta (composti 6, 7 e 8 in Figura 1). H Me H 2 CH H CH HC 1 c[rgdf-(me)v] 2 c(ldtapa) 3 c(fldfdp) Arg Gly Asp Bn Bn Bn Arg Asp Gly S 2 4 (ST 1646) 5 2 CH CF 3 C 2 H S H 6 H 7 8 Figura 1. In anni recenti, un forte impulso alla comprensione dei dettagli molecolari alla base delle interazioni ligando-recettore è derivato dalla delucidazione della struttura cristallografica del recettore della vitronectina α v β 3 come tale e come complesso molecolare con il ligando attivo c[rgdf-(me)v] (composto 1, Figura 1), nonché dalla risoluzione delle strutture di domini di 4

5 VCAM-1 e MAdCAM-1 (ligandi naturali per i recettori α 4 β 1 e α 4 β 7 ) e infine di un dominio del recettore α L β 2 legato al ligando naturale ICAM-1 e ad un inibitore sintetico non peptidico. L insieme di queste informazioni associate a studi di relazione struttura attività e di modellistica molecolare hanno condotto alla definizione di sequenze peptidiche di riconoscimento essenziali per diversi sottotipi recettoriali. Così, se la sequenza tripeptidica RGD (Arg-Gly-Asp) è stata riconosciuta come universal cell-recognition site per uno svariato numero di recettori integrinici (α v β 3, α IIb β 3 e α v β 5 tra gli altri), altri motivi di binding specifici sono stati molto recentemente riconosciuti, IDS (Ile-Asp-Ser) per α 4 β 1, LDT (Leu-Asp-Thr) per α 4 β 7 e LLG ( Leu-Leu-Gly) per α L β 2 e α M β 2. Comunque, da un dettagliato esame dell intero corpo della letteratura attinente il vasto campo delle integrine, appare evidente come le indagini in questo settore siano ancora lontane dall aver raggiunto una decisiva fase di maturità e che ampi margini di ricerca sono ancora da aprirsi soprattutto nel campo della valutazione di piccole molecole non necessariamente peptidiche in grado di funzionare come potenziali ligandi controrecettoriali. La realizzazione di questo progetto può,infine, provocare ricadute fondamentali in tre aree principali: 1) nello sviluppo di farmaci che possano compensare l alterazione dell attività e dell espressione di specifiche famiglie integriniche coinvolte in varie condizioni patologiche; 2) nella definizione del ruolo biologico di base di integrine individuali a livello cellulare; infine, 3) nello sviluppo di nuovi probe per l analisi strutturale, capaci di guidare alla comprensione delle basi molecolari del riconoscimento integrina-ligando. Attività Previste In questo importante contesto, il nostro progetto sarà allora focalizzato su: 1) Pianificazione razionale e sintesi enantioselettiva (stereoselettiva) di una collezione di piattaforme molecolari amminoacidiche modulabili nella funzionalizzazione e nella flessibilità/rigidità, riconducibili anche a strutture ciclitoliche; 2) Incorporazione di tali costrutti in peptidi ciclici contenenti sequenze di riconoscimento note o postulate per alcuni sottotipi recettoriali delle integrine, ed in particolare per le sottofamiglie α v β 3, α IIb β 3, α v β 5, α 4 β 1, α 4 β 7, α L β 2 e α M β 2 ; 3) Analisi strutturale dettagliata; 4) Valutazione biologica degli ibridi molecolari costruiti. 5

6 Risultati Attesi Il fuoco di questa proposta di ricerca sarà posto, come accennato in precedenza, sulla costruzione di un repertorio di ligandi peptidici ibridi contenenti specifiche sequenze di riconoscimento per alcuni sottotipi recettoriali delle integrine e sulla successiva valutazione strutturale e biologica dei nuovi costrutti. I passi fondamentali della ricerca si succederanno in maniera logica prendendo le mosse dalla progettazione razionale delle piattaforme molecolari a base ciclitolica (Ref.1) per poi affrontare, in termini pratici, la loro sintesi in veste chirale non racema, con l attenzione rivolta a selettività, efficienza e flessibilità sintetiche, nonché alla creazione della diversità molecolare. Seguiranno le fasi di selezione guidata dei costrutti ibridi scaffold/peptide, della loro produzione con tecniche di sintesi peptidica convenzionale e della loro valutazione strutturale e biologica. Punto di forza del progetto risiede nella cultura multidisciplinare che caratterizza l unità proponente, che può avvalersi di accertate competenze nei campi della sintesi organica, delle pratiche di separazione e purificazione, dell analisi strutturale con tecniche spettroscopiche e della modellistica molecolare. H A H n peptide sequence rotate n = 1 peptide sequence H A' H H H B H n peptide sequence rotate n = 1 peptide sequence H H H B' Figura 2. Le tipologie strutturali prese di mira, come riportato a titolo di esempio in Figura 2, comprenderanno sia i costrutti contenenti 1) subunità GABA-reminescenti a flessibilità/rigidità 6

7 programmata di tipo A, 2) subunità idrossietilene-dipeptide isosteriche a flessibilità/rigidità programmata di tipo B 3) subunità diidrossietilene-dipeptide isosteriche di tipo A e B, casi particolari delle classi precedenti, sia subunità riconducibili alla 4-amminoprolina ed ai derivati degli acidi 4-amminopiroglutammici. A seconda del bersaglio integrinico di scelta, le porzioni peptidiche potranno essere selezionate tra le sequenze RGD, IDS, LDT, LLG eventualmente affiancate da residui amminoacidici supplementari. Sulla base del piano enunciato e delle variabili in gioco, appare rimarchevole come la permutazione tra natura degli scaffold e tipologia della sequenza peptidica possa originare, alla fine del lavoro di assemblaggio, la più ampia diversità molecolare in termini di possibili ligandi integrinici. Piano di Lavoro Il piano di lavoro è suddiviso in 4 fasi come di seguito riportate: 1. (1-6 mesi) Progettazione razionale delle piattaforme molecolari; 2. (7-12 mesi) Sintesi in veste chirale non racema delle piattaforme molecolari prescelte con particolare attenzione rivolta alla selettività, efficienza e flessibilità sintetiche; 3. (13-18 mesi) Produzione dei costrutti ibridi scaffold/peptide con tecniche di sintesi peptidica convenzionale (fase solida); 4. (19-24 mesi) Valutazione biologica e seguenti studi strutturali approfonditi. Razionalizzazione delle relazioni struttura-attività degli ibridi peptidici sintetizzati con particolare attenzione rivolta ai rappresentanti risultati più interessanti dal punto di vista della bioattività. umero di borse per piano: 1 Piano di Inserimento Lavorativo Titolo: Sintesi steroselettiva di collezioni di piccole molecole organiche naturali e naturalianaloghe mirate a sottotipi recettoriali delle integrine 7

8 biettivi Formativi Il candidato alla fine del periodo previsto avrà acquisito esperienze e competenze professionali altamente specialistiche nel campo della sintesi organica applicata alla progettazione e alla costruzione di nuove tipologie di inibitori selettivi e potenti e, più in generale, nella sintesi di specifiche classi molecolari biologicamente attive. Il candidato, inoltre, a causa del carattere multidisciplinare che caratterizza l unità proponente del presente progetto, avrà la possibilità concreta di completare le sue conoscenze nei campi più generali della sintesi organica, delle pratiche di separazione e purificazione, dell analisi strutturale con tecniche spettroscopiche e della modellistica molecolare. biettivi Professionali Lo scopo che questo programma di inserimento lavorativo si propone di raggiungere è la creazione di una figura professionale in grado di gestire l attività di ricerca nel campo della sintesi organica mirata alla preparazione di molecole biologicamente attive. L alta specializzazione acquisita dal candidato gli permetterà un futuro inserimento lavorativo all interno di strutture di ricerca sia di tipo accademico che industriale. Piano Analitico delle Attività Formative e Professionali Il candidato beneficiario lavorerà presso l del CR di Sassari nel gruppo di ricerca diretto dalla Dott.ssa Rassu e parteciperà a tutte le attività scientifiche e formative portate avanti presso l Istituto anche attraverso lo strumento del group meeting già attivo presso il gruppo di ricerca di riferimento. Il soggetto beneficiario sarà, inoltre, messo in grado di effettuare stages presso laboratori di ricerca sia universitari che di centri di ricerca al fine di acquisire le competenze più elevate. Questo sarà possibile anche grazie alle collaborazioni già attive presso il gruppo di ricerca della Dott.ssa Rassu; in particolare con il Dipartimento di Chimica dell Università degli Studi di Sassari, con il Dipartimento Farmaceutico dell Università degli Studi di Parma, con il Dipartimento di Fisiopatologia Clinica dell Università degli Studi di Firenze e con il Dipartimento di Chimica rganica ed Industriale dell Università degli Studi di Milano. Per tutta la durata del progetto è prevista la partecipazione a Congressi e Seminari che permetterà al candidato un confronto più diretto con la comunità scientifica sia nazionale che internazionale. Sono previsti, inoltre, contatti e collaborazioni (peraltro già attivi) con Industrie Farmaceutiche sia nazionali che internazionali. 8

9 Requisiti professionali di entrata obbligatori a cui non viene attribuita nessuna valutazione: a.laurea in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche b. Permanenza non inferiore a 12 mesi presso un centro di ricerca estero di qualità e reputazione riconosciuto a livello internazionale e dedicato alla ricerca chimica Elementi valutabili dall rganismo proponente sotto forma di griglia: Requisiti Punteggio Dottorato di ricerca specifico sulla sintesi organica di composti enantiopuri mediante l utilizzo di catalizzatori e metodologie innovative (punteggio massimo attribuibile: 15) Dottorato svolto all estero 15 Dottorato svolto in una sede universitaria italiana diversa da quella del conseguimento del diploma 8 Dottorato svolto nella stessa sede universitaria italiana dove è stato conseguito il diploma di Laurea 5 Esperienze lavorative sulla caratterizzazione di composti organici con particolare riferimento alle tecniche di MAS-MR e FT-IR per composti organici su fase solida (punteggio massimo attribuibile: 10) a. esperienza lavorativa fino a 36 mesi: 10 b. esperienza lavorativa fino a 18 mesi: 5 c. esperienza lavorativa fino a 6 mesi: 2 Esperienze di lavoro all estero in gruppi di ricerca internazionali 5 Conoscenze della lingua inglese, valutabile con colloquio 5 Colloquio atto a comprovare le conoscenze dichiarate e la motivazione del candidato (punteggio massimo attribuibile: 5) a. eccellente: 5 b. ottimo: 3 c. buono: 1 Durata del Piano di Inserimento Lavorativo (mesi): 24 mesi 9