Il progetto HARBOR mira a ridurre il tasso di fallimento del 90% nello sviluppo di farmaci G-quadruplex (G4) moderni, spesso attribuito a una conoscenza insufficiente dei bersagli terapeutici identificati, un problema ancora più rilevante nel campo dei G4, strutture di DNA non canoniche associate al cancro e alla resistenza antimicrobica (AMR). L'ipotesi centrale di HARBOR è che un approccio ibrido integrato possa colmare il divario tra le fasi in silico, biofisiche e in vitro, accelerando la scoperta di ligandi selettivi per i G4. La domanda di ricerca principale è se un processo snello possa collegare efficacemente le previsioni computazionali alla validazione biologica, riducendo così la mancanza di correlazione tra queste fasi e aumentando il successo in vitro e in vivo. Il progetto si concentra sull'identificazione di nuovi bersagli terapeutici G4 in geni umani correlati al cancro, tra cui FOXA1, NR2F1, GALNT6, MUC4, ZMYM3 e RNF145, con l'obiettivo di individuare nuovi composti antitumorali. Inoltre, HARBOR mira ad ampliare le conoscenze e a individuare nuovi bersagli per contrastare l'AMR. Si concentra sulla ricerca di nuovi G4 nei genomi microbici identificati come priorità dai rapporti dell'OMS nel 2025. Questi includono Staphylococcus aureus resistente alla meticillina, resistente a fluorochinoloni e cefalosporine; Pseudomonas aeruginosa e Escherichia coli resistenti ai carbapenemi; e Mycobacterium tuberculosis resistente a rifampicina/isoniazide. Lo studio esplorerà nuovi composti e porrà le basi per studi sull'AMR basati sui G4. Un altro passo chiave è la scoperta e il riposizionamento di candidati ligandi selettivi provenienti da repository pubblici e da database interni della mia istituzione ospitante, per i quali è già stato definito un processo di screening standardizzato. La metodologia complessiva segue un disegno di ricerca a tre fasi: (1) identificazione di bersagli e ligandi tramite bioinformatica combinata con spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e saggio di arresto della Taq-polimerasi; (2) indagine biofisica dell'affinità di legame e della selettività tramite analisi di spettrometria di massa ESI, titolazioni NMR e profilo di interazione del complesso in valutazione; e (3) validazione in vitro su linee cellulari tumorali e di controllo in cui sono espressi i geni coinvolti nel cancro. Da qui, il risultato atteso è l'identificazione di nuovi bersagli G4 in geni umani coinvolti nel cancro alla prostata, ai polmoni e al fegato e, dopo studi in silico, l'identificazione di un massimo di 18 ligandi selettivi, da analizzare in linee cellulari, portando così all'individuazione di 3 ligandi con le migliori prestazioni. Inoltre, l'identificazione di G4 nei genomi microbici sarà fondamentale per avviare ulteriori studi sui G4 coinvolti nell'AMR. In particolare, alcuni metodi predittivi impiegati includono QGRS Mapper per la previsione di sequenze capaci di formare G4 nei geni o genomi studiati, docking molecolare per valutare il profilo di legame dei composti selezionati, simulazioni di dinamica molecolare per investigare la formazione del complesso da una prospettiva strutturale, e studi biologici in cui verranno valutati la vitalità cellulare, la citotossicità e i profili genici e proteici tramite diversi saggi di validazione cellulare. Il progetto si distingue per un forte carattere interdisciplinare, unendo biologia computazionale, chimica medicinale, biofisica e farmacologia. I principali risultati attesi includono l'identificazione e la caratterizzazione di nuovi bersagli terapeutici nel campo antitumorale e antimicrobico; la scoperta di almeno tre composti principali per bersagli terapeutici antitumorali da approfondire; e l'individuazione di G4 nei genomi di ceppi batterici studiati, tutto attraverso l'implementazione di una pipeline validato per la scoperta di farmaci G4. In questo contesto, i risultati traslazionali comprendono l'identifica