Effetto delle basi vicinali sulle caratteristiche fotofisiche di un analogo isomorfo fluorescente dell’uracile in brevi sequenze di acidi peptidonucleici

The development of molecular probes capable of identifying specific biological molecules plays a pivotal role, as it contributes to the understanding of biomolecular systems at the molecular level. Among different detection methods, fluorescence is one of the best and most used, as it’s a relatively simple, highly sensitive and non-invasive technique. In this context, fluorogenic oligonucleotide probes that can produce a change in fluorescence signal upon binding to specific biomolecular targets, including nucleic acids, proteins, and small molecules, have practical applications in various areas, including chemical biology and biophysics fields. Among the various existing probes, fluorescent nucleosides analogues (FNAs) are of particular interest. These compounds are structurally different, but at the same time imitate, the natural essentially non-fluorescent nucleosides, and found numerous applications in probing the structure and dynamics of nucleic acids. Herein, the synthesis and photophysical properties of a fluorescent modified nucleobase (thU), inserted to PNAs (Peptide Nucleic Acids), are investigated. PNAs are artificially synthesized polymers like DNA and RNA, which represent one of the most valid tools for the detections of nucleic acids. Specifically, the thesis focuses on the synthesis of thU to then detail the photophysical study of the synthetized nucleobase, investigating its fluorescence behaviour within short sequences of PNA. In detail, the variation in fluorescence of the modified nucleobase is studied both within homotrimers (AthUA, CthUC, GthUG, TthUT) and heterotrimers (AthUA, AthUG, AthUT, CthUA, CthUG, CthUT, GthUA, GthUC, GthUT, TthUA, TthUC, TthUG), highlighting the differences depending on the type of unmodified nucleobase present (in the case of homotrimers) and the sequences’ order (in the case of heterotrimers), identifying intrinsic and fundamental properties for the following application of thU in targeted chemical biology applications.

Lo sviluppo di sonde molecolari in grado di identificare specifici bersagli biologici gioca un ruolo fondamentale, poiché contribuisce alla comprensione di sistemi biomolecolari a livello molecolare. Tra i diversi metodi di rilevamento, la fluorescenza è uno dei preferenziali, poiché rappresenta una tecnica relativamente semplice, altamente sensibile e non invasiva. In questo contesto, le sonde oligonucleotidiche fluorogeniche, caratterizzate da un cambiamento nel segnale di fluorescenza in seguito al legame con specifici bersagli biomolecolari, inclusi acidi nucleici, proteine e piccole molecole, hanno applicazioni in varie aree di ricerca, tra cui la biologia chimica e la biofisica. Tra le varie sonde esistenti, di particolare interesse sono gli analoghi dei nucleosidi fluorescenti (FNA). In questa tesi vengono studiate la sintesi e le proprietà fotofisiche di una base azotata modificata fluorescente (thU), inserita nei PNA (acidi peptidici nucleici). I PNA sono composti mimetici di DNA e RNA sintetizzati artificialmente, che rappresentano uno degli strumenti più validi per la rilevazione degli acidi nucleici. Nello specifico, questo lavoro di tesi si concentra sulla sintesi del thU, per poi dettagliare lo studio fotofisico della base azotata sintetizzata, indagando il suo comportamento di fluorescenza all’interno di brevi sequenze di PNA. Nel dettaglio, la variazione della fluorescenza della base azotata modificata viene studiata sia all’interno di omotrimeri (AthUA, CthUC, GthUG, TthUT) che di eterotrimeri (AthUA, AthUG, AthUT, CthUA, CthUG, CthUT, GthUA, GthUC, GthUT, TthUA, TthUC, TthUG), evidenziando le differenze in funzione del tipo di base azotata non modificata presente (nel caso degli omotrimeri) e dell’ordine delle sequenze (nel caso degli eterotrimeri), individuando proprietà intrinseche e fondamentali per la successiva applicazione del thU in applicazioni mirate di biologia chimica.