Scuola di Dottorato di Ricerca in Scienze Chimiche
(XXI Ciclo)
Relazione relativa all’attività svolta nel corso del secondo anno
Dott. Duccio Balenci
L’attività di ricerca svolta nel corso del secondo anno della Scuola di Dottorato si è concentrata
sullo studio dell’interazione di antibiotici aminoglicosidici (Kanamicina A, Apramicina, Hygromicina,
Tobramicina) - ed anche antibiotici di altre classi (Daunomicina, Clindamicina) - con un frammento di
RNA ribosomiale batterico contenente il sito-A della sub-unità 16S. I sistemi oggetto di questo studio
sono stati caratterizzati impiegando principalmente la tecnica spettroscopica di risonanza magnetica
nucleare (oltre ad altre tecniche spettroscopiche quali UV-vis, CD, LCMS), con il supporto di
un’adeguata documentazione bibliografica, ed approfondendo e integrando i dati sperimentali ottenuti
mediante calcoli di simulated annealing, docking e di dinamica molecolare.
Gli aminoglicosidi rappresentano una larga famiglia di molecole la cui struttura chimica è
costituita da almeno due aminozuccheri uniti con legami di tipo glicosidico ad un aminociclitolo,
generalmente la 2-deossistreptamina, ed aventi efficacia terapeutica nei confronti di infezioni indotte da
batteri Gram-negativi grazie all’interazione con il ribosoma batterico che è oggetto del presente studio.
Interazione Kanamicina A – sito-A
La struttura dell’aminoglicoside Kanamicina A nel complesso con il frammento contenente il
sito-A ribosomiale è stata determinata mediante esperimenti spettroscopici TRNOESY svolti presso il
Centro Interdipartimentale di Risonanza Magnetica di Siena. Indipendentemente dalle condizioni di
scambio rapido trovate per questa interazione, è stato infatti possibile isolare la forma legata
dell’aminoglicoside tramite spettroscopia NOESY in quanto solo la forma associata dell’antibiotico dà
luogo ad effetto NOE a 600MHz. L’uso di ulteriori tecniche NMR ha permesso di misurare le costanti
di dissociazione per i due siti di interazione, specifica e non-specifica, del complesso. Sono inoltre stati
analizzati gli effetti dello ione Cu(II) nei complessi che questo forma con la Kanamicina A, con il
frammento di RNA contenente il sito-A e con il complesso Kanamicina A – sito-A: questo studio ha
consentito di indicare un modello per la localizzazione dello ione Cu(II) nel complesso tra
aminoglicoside e sito-A (figura 1).
Tale studio si è concretizzato nel seguente lavoro:
D. Balenci, F. Bernardi, L. Cellai, N. D’Amelio, E. Gaggelli, N. Gaggelli, E. Molteni, G. Valensin
Effect of Cu(II) on the Complex between Kanamycin A and the Bacterial Ribosomal A-site,
ChemBioChem, in press.
Interazione daunomicina – RNA batterico
La daunomicina è un potente antibiotico ad azione antineoplastica appartenente alla famiglia delle
antracicline, usate per combattere sia tumori solidi che in casi di leucemia acuta, linfomi di origine
maligna e carcinomi. L’impiego della daunomicina è tuttavia limitato dai suoi forti effetti collaterali,
probabilmente ascrivibili ad interazioni con il metabolismo cellulare del ferro. Il farmaco si intercala in
catene double stranded sia di DNA che di RNA, inibendo la replicazione del DNA e la trascrizione del
RNA, come è stato dimostrato sia in vitro che in vivo; oltre a ciò la daunomicina interagisce in modo
preferenziale con siti che contengono base pairs guanina-citosina adiacenti tra loro.
E’ stata quindi studiata l’interazione della daunomicina con un frammento di RNA ribosomiale
batterico che contiene il sito-A, in virtù del fatto che la sequenza nucleotidica comprende un motivo
GC del tipo menzionato sopra; è stata dunque utilizzata la spettroscopia NMR - in particolare la tecnica
TRNOESY - allo scopo di caratterizzare la struttura dell’antibiotico nella sua forma legata. Mediante
spettroscopia UV-vis è stata inoltre determinata la costante di dissociazione per il complesso.
E’ stata inoltre seguita l’attività seminariale prevista dalla scuola di dottorato e di partecipazione a
lezioni e corsi ad integrazione ed aggiornamento del lavoro svolto.
