Basi molecolari delle "patologie conformazionali": un approccio biofisico.

Questo progetto si inserisce nella tematica generale dello studio delle alterazioni molecolari che sono alla base delle cosiddette “patologie conformazionali” (Carrell & Lomas, Lancet, 350:134-138, 1997). Con tale terminologia ci si riferisce ad una serie di patologie, quali il morbo di Alzheimer, le encefalopatie prioniche, o le serpinopatie, che insorgono in seguito al deposito intra- o extra-cellulare di aggregati proteici la cui crescita è innescata dai cambiamenti conformazionali di specifiche proteine. La differenza sostanziale rispetto ad altre patologie legate al malfunzionamento di proteine (talassemia, fibrosi cistica, ipercolesterolemia familiare, etc.) sta nel fatto che, nel caso delle malattie conformazionali, le proteine interessate vengono inizialmente sintetizzate in maniera corretta, ma modifiche strutturali successive ne determinano l’aggregazione patologica. Molte patologie conformazionali, in particolare le serpinopatie, sono malattie rare, ciascuna caratterizzata da specifiche manifestazioni. Per questo motivo l’approccio clinico non ha finora portato a cure efficaci. D’altro canto, studi biochimici e biofisici condotti nel recente passato suggeriscono che queste patologie hanno in comune le medesime basi molecolari, in quanto originano dalle peculiari proprietà strutturali e dinamiche delle proteine coinvolte. Le forze generalizzate che stabiliscono il “drive” verso la corretta funzione della proteina o verso esiti patologici sono le stesse coinvolte nei processi di folding, misfolding e unfolding. Queste forze dipendono sia dai dettagli strutturali della proteina (sequenza aminoacidica) sia da fattori esterni che possono essere globalmente indicati come proprietà termodinamiche della soluzione ed effetti di “affollamento”. Questi ultimi possono essere dovuti sia alla presenza di altre strutture molecolari e sovramolecolari sia a un vero e proprio confinamento spaziale. L’approccio scientifico tipico della biofisica ha dimostrato grande efficacia nel contribuire allo studio di complessi temi di ricerca che coinvolgono struttura, dinamica e funzione di molecole biologiche. Tale approccio include l’utilizzo di tecniche sperimentali e computazionali avanzate, e lo studio dettagliato dei meccanismi molecolari che portano al malfunzionamento e all’aggregazione di proteine sia in vitro che in condizioni che riproducono alcuni degli aspetti salienti dell’ambiente fisiologico (interazioni con la membrana cellulare, effetto del confinamento spaziale, etc.). Nel contesto delle patologie conformazionali questo approccio appare particolarmente promettente. In questo progetto indagheremo le proprietà strutturali, dinamiche e funzionali di differenti conformeri di serpine evidenziando in che modo la stabilità conformazionale ed il processo di polimerizzazione dipendono dalle interazioni con il solvente, dall’eventuale glicazione delle proteine in esame e dall’interazione con sistemi lipidici che fungano da sistemi modello delle membrane cellulari. Alla luce delle risorse finanziare disponibili, l’attenzione verrà rivolta principalmente a serpine disponibili commercialmente, come ad esempio l’ovalbumina, e ad altre proteine modello opportunamente selezionate. Gli studi pilota effettuati sull’ovalbumina verranno estesi ad altre serpine (alfa1-antitripsina, neuroserpina, etc.) associate a patologie particolarmente rilevanti (enfisema polmonare, FENIB, etc.). Verranno indagate anche proteine che, pur non facendo parte della famiglia delle serpine, sono coinvolte in patologie conformazionali, al fine di evidenziare le caratteristiche comuni e le differenze nei processi molecolari. Le tecniche sperimentali che verranno impiegate includeranno tecniche biofisiche convenzionali (spettroscopia di assorbimento UV-Vis, FTIR, dicroismo circolare, spettroscopia di fluorescenza, scattering statico e dinamico di luce, scattering di neutroni), tecniche innovative (scattering di raggi