ABSTRACT Alpha-synuclein, encoded by the SNCA gene, is a pivotal protein implicated in the pathogenesis of synucleinopathies, including Parkinson’s disease. Current approaches for modulating alpha-synuclein levels involve antisense nucleotides, siRNAs, and small molecules targeting SNCA’s 5’-UTR mRNA. Here, we propose a groundbreaking strategy targeting G-quadruplex structures to effectively modulate SNCA gene expression and lowering alpha-synuclein amount. Novel G-quadruplex sequences, identified on the SNCA gene’s transcription starting site and 5’-UTR of SNCA mRNAs, were experimentally confirmed for their stability through biophysical assays and in vitro experiments on human genomic DNA. Biological validation in differentiated SH-SY5Y cells revealed that well-known G-quadruplex ligands remarkably stabilized these structures, inducing the modulation of SNCA mRNAs expression, and the effective decrease in alpha-synuclein amount. Besides, a novel peptide nucleic acid conjugate, designed to selectively disrupt of G-quadruplex within the SNCA gene promoter, caused a promising lowering of both SNCA mRNA and alpha-synuclein protein. Altogether our findings highlight G-quadruplexes’ key role as intriguing biological targets in achieving a notable and successful reduction in alpha-synuclein expression, pointing to a novel approach against synucleinopathies.

Alpha-synuclein, encoded by the SNCA gene, is a pivotal protein implicated in the pathogenesis of synucleinopathies, including Parkinson's disease. Current approaches for modulating alpha-synuclein levels involve antisense nucleotides, siRNAs, and small molecules targeting SNCA's 5′-UTR mRNA. Here, we propose a groundbreaking strategy targeting G-quadruplex structures to effectively modulate SNCA gene expression and lowering alpha-synuclein amount. Novel G-quadruplex sequences, identified on the SNCA gene's transcription starting site and 5′-UTR of SNCA mRNAs, were experimentally confirmed for their stability through biophysical assays and in vitro experiments on human genomic DNA. Biological validation in differentiated SH-SY5Y cells revealed that well-known G-quadruplex ligands remarkably stabilized these structures, inducing the modulation of SNCA mRNAs expression, and the effective decrease in alpha-synuclein amount. Besides, a novel peptide nucleic acid conjugate, designed to selectively disrupt of G-quadruplex within the SNCA gene promoter, caused a promising lowering of both SNCA mRNA and alpha-synuclein protein. Altogether our findings highlight G-quadruplexes' key role as intriguing biological targets in achieving a notable and successful reduction in alpha-synuclein expression, pointing to a novel approach against synucleinopathies.

Several G-quadruplex nucleic acid (G4s) ligands have been developed seeking target selectivity in the past decade. Naphthalene diimide (NDI)-based compounds are particularly promising due to their biological activity and red-fluorescence emission. Previously, we demonstrated the existence of G4s in the promoter region of parasite genomes, assessing the effectiveness of NDI-derivatives against them. Here, we explored the biological activity of a small library of G4-DNA ligands, exploiting the NDI pharmacophore, against both Trypanosoma brucei and Leishmania major parasites. Biophysical and biological assays were conducted. Among the various families analyzed, core-extended NDIs exhibited the most promising results concerning the selectivity and antiparasitic effects. NDI 16 emerged as the most potent, with an IC50 of 0.011 nM against T. brucei and remarkable selectivity vs MRC-5 cells (3454-fold). Fascinating, 16 is 480-fold more potent than the standard drug pentamidine (IC50 = 5.3 nM). Cellular uptake and parasite localization were verified by exploiting core-extended NDI red-fluorescent emission.