Identificazione di nuovi modulatori dell’attività enzimatica di Furina

Proteases are enzymes necessary to maintain cell homeostasis. They are involved in different biological functions such as proliferation, cell differentiation, extracellular matrix remodelling and maturation and activation of hormones and peptides. All these biological activities may be important for the design of scaffolds and in general for cellular colonization in the context of regenerative medicine. Also, proteases play a fundamental role in many pathological states where often they show anomalous activities. In particular, the diseases of the gastrointestinal tract can be characterized by compromised epithelial tissues with an altered enzymatic expressions. In 2020, 40% of the adult population was found to suffer from gastrointestinal disorders or diseases (irritable bowel syndrome, inflammatory bowel diseases and colorectal cancer) which often are difficult to diagnose due to the overlapping of symptoms. Women are particularly affected. Indeed, 49% of women matches at least one diagnostic criteria for gastrointestinal disorders compared to 37% of men. Among various enzymes, the serine protease Furin plays an important role in cancer – including gastrointestinal tumors – and in the formation of the extracellular matrix. Many pathogens - e.g. SARS-CoV-2, influenza virus, Ebola virus - are also matured by Furin. Given the importance of Furin in different diseases, many studies have been carried out in search of novel drugs capable of modulating its activity in vivo. However, there are no Furin inhibitors approved by the Federal and Drug Administration (FDA), so far. The study of the cleavage is important in order to understand how substrates are processed to identify modulators, as potential drugs. The aim of this thesis is the synthesis and characterization of different substrates as part of a small peptide library to be used for the study of gastrointestinal pathological states and other diseases. In particular by in vitro assays, we synthesized and analysed peptides that mimic the maturation site of desmoglein-2, an important protein for the intestinal epithelial barrier. The data collected here are important for the development of new biomaterials. In parallel, these substrates were useful for testing small molecules in order to identify modulators of Furin activity, the enzyme responsible for the maturation of desmoglein-2.

Le proteasi sono enzimi necessari per mantenere l’omeostasi delle cellule e sono coinvolte in molteplici funzioni biologiche come la proliferazione, la differenziazione cellulare, il rimodellamento della matrice extracellulare e la maturazione di ormoni e peptidi biologicamente attivi. Tutte le attività citate potrebbero essere di notevole importanza nella formulazione di scaffold e nella colonizzazione cellulare degli stessi nell'ambito della medicina rigenerativa. Le proteasi svolgono un ruolo fondamentale anche in molti stati patologici dove spesso presentano attività anomala. In particolare, le malattie del tratto gastrointestinale possono essere caratterizzate da tessuti epiteliali compromessi con espressioni enzimatiche alterate. Nel 2020 è stato rilevato che il 40% della popolazione adulta ha sofferto di disordini o patologie gastrointestinali (sindrome dell'intestino irritabile, malattie infiammatorie dell'intestino e cancro del colon-retto) che risultano spesso di difficile diagnosi vista la sovrapposizione del quadro sintomatologico. Particolarmente colpite sono le donne. Infatti il 49% delle donne soddisfaceva i criteri diagnostici di almeno un disturbo gastrointestinale rispetto al 37% degli uomini. Tra i vari enzimi, la serina proteasi Furina svolge un ruolo importante nello stato tumorale, incluso quello gastrointestinale e nella formazione della matrice extracellulare. Anche molti patogeni – ad esempio SARS-CoV-2, influenza virus, Ebola virus – sono maturati dalla Furina. Poiché quest’ultima è implicata in diverse classi di malattie, molti studi sono stati fatti per valutare la possibilità di modularne l’attività in vivo tramite piccole molecole. Ad oggi però non esistono inibitori di Furina approvati dalla Federal and Drug Administration (FDA). Lo studio del taglio di substrati è importante ai fini di capire come essi vengono processati ed eventualmente identificare modulatori del taglio stesso. Scopo della tesi è la sintesi e caratterizzazione di substrati differenti per la creazione di una piccola libreria peptidica da utilizzare per lo studio di stati patologici gastrointestinali e altre malattie. In particolare, abbiamo sintetizzato e analizzato con saggi in vitro peptidi che mimano il sito di maturazione della desmogleina-2, una proteina importante per la barriera epiteliale intestinale. I dati raccolti sono importanti per lo sviluppo di nuovi biomateriali. In parallelo, questi substrati sono stati utili per testare piccole molecole allo scopo di individuare dei modulatori per l’attività della Furina, l’enzima responsabile della maturazione di desmogleina-2.