Identificazione dei requisiti strutturali per l'attività degli strigolattoni nelle piante parassite e nelle piante attraverso metodologie in silico ligand- e structure-based.

Strigolactones (SLs) are known to play plenty of roles inside the plant life cycle. Acting as endogenous hormones and as secreted signals, they promote the germination of parasitic plants and branching responses in mycorrhizal fungi. More recently, their distinctive structure also suggests a promising role as antitumoral agents. Selective activation of the mechanism behind these functions is still under investigation, with differences in the knowledge of the target structures involved in plants and in parasitic weeds. It would be of tremendous importance to be able to trigger one specific kind of activity at will, especially for possible agricultural applications. In order to increase the comprehension of these mechanisms, it is critical to move ahead from the SLs intrinsic structure by rationally designing innovative analogues that can activate or inhibit the SLs targets. For this purpose, we built a ligand-based pharmacophore model using Ligand Scout, a specifically dedicated software. This approach allows identifying ubiquitous parts in active SLs, extracting in this manner the structural requirements for the biological activity. This powerful tool mainly permits to direct the design of optimized SLs as well as to perform a virtual screening of external chemical libraries. The latter can help to discover new entities to be tested and then improved with a hit-to-lead process. Since the outcomes for plants were not satisfactory, it was necessary to combine the information resulting from a ligand-based approach with the one from the protein-ligand complex. Therefore, we performed molecular docking into rice D14 protein (PDB: 5DJ5) using Glide from Schrödinger Suite. Finally, the hydrolysis mechanism was taken into account through the insertion of a water molecule in the binding pocket. The results of the methodologies for both the parasitic germination as well as the hormonal roles in plants of SLs are here discussed. The evaluation of the designed SLs analogues combining the ligand- and structure-based approaches is reported. As first field feedbacks are encouraging, further scenarios arising from improvements and consequent applications in the imminent future are presented.

Gli strigolattoni (SL) svolgono numerosi ruoli all'interno del ciclo vitale delle piante. Agiscono da ormoni endogeni e da segnali secreti, stimolando la germinazione di piante parassite e la crescita delle micorrize. Inoltre, la loro struttura peculiare ha mostrato recentemente una promettente attività antitumorale. L'attivazione selettiva dei meccanismi che regolano queste funzioni è ancora oggetto di studio, con grandi differenze nella conoscenza delle strutture dei target coinvolti nelle piante e nelle piante parassite. Suscita notevole interesse la possibilità di innescare solo un tipo specifico di attività, specialmente per quanto riguarda eventuali applicazioni agronomiche. Per aumentare la comprensione di questi meccanismi, risulta cruciale andare oltre la struttura intrinseca degli SL attraverso il rational design di analoghi innovativi che possano attivare o inibire i target in questione. A tal fine, è stato creato un farmacoforo ligand-based attraverso il software Ligand Scout: identificando le parti onnipresenti negli SL attivi, si estraggono informazioni sui requisiti strutturali per l'attività biologica. Questo potente strumento consente di guidare la progettazione di SL ottimizzati, nonché di effettuare un virtual screening di database di composti chimici acquistabili. Una volta scoperte nuove entità molecolari da testare, queste potranno essere poi migliorate con uno sviluppo hit-to-lead. Dal momento che i risultati ottenuti per i ruoli ormonali nelle piante non sono stati soddisfacenti, è stato necessario combinare le informazioni provenienti dall'approccio ligand-based con quelle derivate dal complesso proteina-ligando. Si è quindi eseguito uno studio di docking molecolare nella proteina D14 del riso (PDB: 5DJ5), usando Glide della Suite Schrödinger. Infine, si è preso in considerazione il meccanismo di idrolisi attraverso l'inserimento di una molecola d'acqua nella tasca proteica. Vengono qui discussi i risultati delle suddette metodologie sia per piante parassite sia per piante. Si riporta la valutazione degli analoghi innovativi progettati, combinando gli approcci ligand- e ¬structure-based. Dal momento che i primi feedback dal campo sono incoraggianti, vengono presentati ulteriori scenari che possono emergere da perfezionamenti e successive applicazioni nel prossimo futuro.