El ADN es una molécula flexible capaz de adoptar diversas conformaciones, la más conocida es la estructura canónica de la doble hélice, sin embargo, existen otras estructuras alternativas no canónicas como la triple hélice, el i-motif, o el G-quadruplex (G4). La formación de los G4s está relacionada con la regulación de los procesos de transcripción y expresión génica, así como con la estabilidad genómica. Actualmente, existe un gran interés en el desarrollo de moléculas fármaco capaces de interaccionar los G-quadruplex para sus aplicaciones en enfermedades como el cáncer o neurodegenerativas. En particular, esta tesis se centra en el desarrollo e investigación de pequeñas moléculas que interaccionan selectivamente con estructuras G4s presentes en los telómeros. Las estructuras de los G4s ofrecen distintas regiones para su reconocimiento molecular, como son su extensa superficie aromática con la cual es posible que se produzcan interacciones de apilamiento pi-pi, así como los bucles, los surcos y el canal iónico, con los que se pueden establecer interacciones electrostáticas. Por ello, las moléculas que han sido identificadas como selectivas para G4s suelen presentar una serie de características comunes, como superficies heterocíclicas aromáticas extendidas y grupos con carga positiva a pH fisiológico. Pero en concreto los G4s teloméricos, denominados G4s multiméricos porque presentan varias unidades G4s conectadas entre sí, presentan un motivo estructural de unión característico, denominado bolsillo. En esta línea, el grupo de Química Supramolecular ha desarrollado varias familias de ligandos basados en poliaminas capaces de reconocer estructuras de ADN G4. En particular, en esta tesis se ha escogido la trifenilamina (TPA) como unidad aromática para el diseño de ligandos capaces de interaccionar con los G4s multiméricos. En el diseño estructural del ligando se han conectado dos unidades de TPA mediante una, dos y tres cadenas poliamínicas, generando topologías de tipo lineal, macrocíclica y criptando, respectivamente. Asimismo, se ha evaluado la interacción con secuencias de ADN y ARN que forman estructuras G4s multiméricas y monoméricas y de doble hélice mediante ensayos de FRET melting, computacionales, espectroscopias de emisión de fluorescencia y de desplazamiento con naranja de tiazol. El análisis de los resultados nos ha permitido identificar varios ligandos selectivos para estructuras G4s multiméricas. Se ha evaluado su actividad biológica, así como la capacidad de transportar sustratos al interior celular frente a un panel de líneas celulares cancerígenas. La combinación de estos estudios multidisciplinares nos ha servido para identificar varios ligandos capaces de interaccionar selectivamente con ADN G4 telomérico y para vehiculizar otras moléculas fármaco para una potencial aplicación como agentes terapéuticos que actúan con un doble modo de acción, procediendo uno de ellos de la interaccion con los G4 teloméricos.

DNA is a flexible molecule capable of adopting various conformations, the best known being the canonical structure of the double helix. However, there are alternative non-canonical structures such as the triple helix, the i-motif, or the G-quadruplex (G4). The formation of G4s are involved in the regulation of transcription and gene expression processes, as well as in genomic stability. Currently, there is great interest in the development of drug molecules capable of interacting with G-quadruplexes for applications in diseases such as cancer or neurodegenerative diseases. In particular, this thesis focuses on the development and investigation of small molecules that selectively interact with G4s structures present at telomeres. G4s structures offer different regions for molecular recognition, such as their extensive aromatic surface with which pi-pi stacking interactions are possible, as well as the loops, grooves and ion channel, with which electrostatic interactions can be established. Therefore, molecules that have been identified as selective for G4s often have a number of common features, such as extended aromatic heterocyclic surfaces and positively charged groups at physiological pH. But telomeric G4s in particular, called multimeric G4s because they have several G4s units connected to each other, have a characteristic structural binding motif, called a pocket. In this line, the Supramolecular Chemistry group has developed several families of polyamine-based ligands capable of recognising G4 DNA structures. In particular, in this thesis, triphenylamine (TPA) has been chosen as the aromatic unit for the design of ligands capable of interacting with multimeric G4s. In the structural design of the ligand, two TPA units have been connected by means of one, two and three polyamine chains, generating linear, macrocyclic and cryptocrystalline topologies, respectively. The interaction with DNA and RNA sequences forming multimeric and monomeric G4s and double helix structures has also been evaluated by FRET melting, computational, fluorescence emission spectroscopy and thiazole orange displacement assays. Analysis of the results has allowed us to identify several selective ligands for multimeric G4s structures. Their biological activity, as well as their ability to transport substrates into the cellular interior, has been evaluated against a panel of cancer cell lines. The combination of these multidisciplinary studies has allowed us to identify several ligands capable of selectively interacting with telomeric G4 DNA and to vehicle other drug molecules for potential application as therapeutic agents that act with a dual mode of action, one of them originating from the interaction with telomeric G4s.