Sistema reporter basato sulla valutazione della trascrizione del gene Glycine-tRNA synthetase (GARS1) come nuova piattaforma di riposizionamento di farmaci in un modello di tumore al polmone non a piccole cellule.

Abstract

Il progetto descritto mira al “riposizionamento di farmaci” per modulare l’espressione del gene GARS1, che codifica per l’enzima GlyRS1, implicato nella sintesi proteica. Recenti studi mostrano che l’over-espressione di GARS1 è associata a progressione tumorale, invasività e peggior prognosi, soprattutto nell’ adenocarcinoma polmonare non a piccole cellule. In questo contesto, è stato testato Fraisinib, un nuovo farmaco sperimentale che blocca direttamente la proteina GlyRS1, mostrando efficacia nell’indurre apoptosi e ridurre la proliferazione e invasività cellulare nella linea A549, modello di adenocarcinoma polmonare non a piccole cellule. Sulla base di queste considerazioni sono stati sviluppati due approcci paralleli di drug repositioning: 1. Analisi in vitro, mediante una piattaforma di High Throughput Screening (HTS) basata su un sistema reporter con luciferasi regolata dal promotore di GARS1. Questo ha permesso di identificare 5 farmaci in grado di ridurre significativamente la trascrizione di GARS1. Alcuni hanno anche mostrato un effetto sulla vitalità cellulare, alle 48 e 72 ore. 2. Analisi in silico, utilizzando la piattaforma iLINCS per confrontare le firme molecolari derivanti dal trattamento con Fraisinib con database di altri farmaci. Sono stati identificati 22 composti potenzialmente efficaci, di cui due, Trietonina (acido retinoico) e Quinacrina (target p53), hanno destato particolare interesse. Co-trasfettando p53 e il promotore di GARS1 nelle cellule A549 si è osservata una diminuzione dell'espressione della luciferasi, suggerendo una regolazione mediata da p53. Il lavoro, svolto presso il Centro Biotecnologie Avanzate dell’IRCCS San Martino, ha prodotto risultati promettenti, fornendo basi solide per futuri studi approfonditi sul ruolo di GARS1 nel NSCLC.

The described project focuses on drug repositioning strategies aimed at modulating the expression of the GARS1 gene, which encodes the enzyme GlyRS1 (glycyl-tRNA synthetase), involved in protein synthesis. Recent studies have shown that GARS1 overexpression is associated with cancer progression, increased invasiveness, and poor prognosis, particularly in non-small cell lung cancer (NSCLC). In this context, the experimental drug Fraisinib was tested; it directly inhibits GlyRS1 activity and has demonstrated efficacy in inducing apoptosis and reducing cell proliferation and invasiveness in the A549 NSCLC cell line. Based on these findings, two parallel drug repositioning approaches were developed: 1. In vitro experimental approach, using a High Throughput Screening (HTS) platform based on a luciferase reporter system driven by the GARS1 promoter. This assay allowed the identification of five compounds capable of significantly downregulating GARS1 transcription. Some of these compounds also showed an effect on cell viability at 48- and 72-hours post-treatment. 2. In silico analysis, using the iLINCS platform to compare the molecular signatures induced by Fraisinib treatment with existing drug databases. This analysis identified 22 potentially effective compounds, among which Tretinoin (retinoic acid) and Quinacrine (targeting p53) emerged as particularly promising. Co-transfection of p53 and the GARS1 promoter in A549 cells resulted in a decrease in luciferase expression, suggesting a p53-mediated regulatory mechanism. This work, conducted at the Advanced Biotechnology Center (CBA) of IRCCS San Martino, yielded promising results and provides a solid foundation for future in-depth studies on the role of GARS1 in NSCLC.