Molecular Receptors as Tools for the Development of Novel Stimuli-Responsive Peptide Systems and Molecular Recognition of Relevant Biological Targets

Abstract

[Abstract] This thesis focuses on the use of two types of molecular receptors, two cucurbit[n]urils and a polycationic cyclophane, for two distinct purposes: the development of new supramolecular stimuli-responsive systems, and the targeting of G-quadruplex DNA structures. First, a novel stimuli-responsive artificial transcription factor was developed. The new peptide conjugate is based on the basic region of the GCN4 transcription factor modified with a 4,4′-bipyridinium moiety and forms a supramolecular dimer in the presence of cucurbit[8]uril. Importantly, this supramolecular dimer specifically recognizes its target DNA sequence, and this binding can be reversibly switched by external stimuli. Next, a new redox-responsive tripeptide motif was developed containing an N-terminal cysteine residue modified in the side chain with an aromatic moiety through a disulfide bond. Significantly, this tripeptide can form a binary inclusion complex with cucurbit[7]uril that can be disrupted by a reducing agent. Finally, the activity of the Red box as a selective G-quadruplex binder was demonstrated. Remarkably, this cyclophane shows a higher affinity for G-quadruplex sequences compared to model double-stranded DNA sequences and, in particular, for c-MYC and c-KIT2 G-quadruplexes. Remarkably, biological studies have shown that the Red box significantly reduces the expression levels of the c-MYC protooncogene.

[Resumen] Esta tesis se centra en el uso de dos tipos de receptores moleculares, dos cucurbit[n]urilos y un ciclofano policatiónico, con dos fines distintos: el desarrollo de nuevos sistemas supramoleculares sensibles a estímulos y la interacción con estructuras de ADN cuadruplejo. Primero, se desarrolló un nuevo factor de transcripción artificial sensible a estímulos. El nuevo conjugado peptídico se basa en la región básica del factor de transcripción GCN4 modificada con una unidad de 4,4′-bipiridinio y forma un dímero supramolecular con cucurbit[8]urilo. Cabe destacar que este dímero reconoce específicamente su secuencia de ADN diana, y esta unión puede controlarse reversiblemente mediante estímulos externos. A continuación, se desarrolló un nuevo tripéptido sensible a redox que contiene un residuo de cisteína N-terminal modificado en la cadena lateral con una unidad aromática mediante un enlace disulfuro. Este tripéptido forma un complejo de inclusión binario con cucurbit[7]urilo que puede ser desensamblado por un agente reductor. Finalmente, se demostró la actividad de la Red box como agente de unión selectivo a ADN cuadruplejo. Este ciclofano presenta una mayor afinidad por las secuencias de ADN cuadruplejo que por las secuencias modelo de ADN de doble cadena y, en particular, por los cuadruplejos c-MYC y c-KIT2. Estudios biológicos demostraron que la Red box reduce significativamente los niveles de expresión del protooncogén c-MYC.

[Resumo] Esta tese céntrase no uso de dous tipos de receptores moleculares, dous cucurbit[n]urilos e un ciclofano policatiónico, con dous fins distintos: o desenvolvemento de novos sistemas supramoleculares sensibles a estímulos e a interacción con estruturas de ADN cuadruplexo. Primeiro, desenvolveuse un novo factor de transcrición artificial sensible a estímulos. O novo conxugado peptídico baséase na rexión básica do factor de transcrición GCN4 modificada cunha unidade de 4,4′-bipiridinio e forma un dímero supramolecular con cucurbit[8]urilo. Cabe destacar que este dímero recoñece especificamente a súa secuencia de ADN diana, e esta unión pode controlarse reversiblemente mediante estímulos externos. A continuación, desenvolveuse un novo tripéptido sensible a redox que contén un residuo de cisteína N-terminal modificado na cadea lateral cunha unidade aromática mediante un enlace disulfuro. Este tripéptido forma un complexo de inclusión binario con cucurbit[7]urilo que pode ser desensamblado por un axente redutor. Finalmente, demostrouse a actividade da Red box como axente de unión selectivo a ADN cuadruplexo. Este ciclofano presenta unha maior afinidade polas secuencias de ADN cuadruplexo que polas secuencias modelo de ADN de dobre cadea e, en particular, polos cuadruplexos c-MYC e c-KIT2. Estudos biolóxicos demostraron que a Red box reduce significativamente os niveis de expresión do protooncoxene c-MYC.