Cambiamenti conformazionali coinvolti nei processi di aggregazione sopramolecolare di proteine: effetti degli ioni metallici.

Lo scopo del progetto è quello di studiare gli effetti della presenza di ioni metallici in soluzione sui processi di aggregazione di proteine. La rilevanza di questo studio è duplice: da una parte vi è un forte interesse biomedico, legato alla comprensione dei meccanismi che stanno alla base dei processi di aggregazione amiloide, che sono fortemente influenzati, sia in vivo che in vitro, dalla presenza di ioni metallici; vi è inoltre un interesse di ricerca di base, legato alla comprensione dei meccanismi di interazione proteina-proteina mediata dal solvente. Come sopra riportato, i processi di aggregazione si possano pensare come il risultato di differenti meccanismi su differenti scale gerarchiche, strettamente interconnessi tra di loro. Rimangono tuttavia molte domande ancora aperte, poiché la totalità di questi meccanismi, la loro gerarchia e le loro interconnessioni sono ancora ben lontane dall’essere chiari. Alcune evidenze sperimentali riportate in letteratura sembrano indicare che il processo guida verso l’aggregazione sia dato da cambiamenti conformazionali che, partendo dalla conformazione nativa, portano la proteina verso strutture parzialmente unfolded. Questo, ad esempio, potrebbe provocare la parziale esposizione al solvente di gruppi apolari che nella conformazione nativa sono contenuti all’interno della matrice proteica, e darebbe luogo a nuove interazioni proteina-proteina non presenti quando le singole molecole proteiche assumono la struttura nativa. Inoltre, la formazione di stati aggregati potrebbe a sua volta rafforzare questo processo, favorendo una esposizione sempre maggiore dei gruppi idrofobici per via delle modificate condizioni nell’immediato intorno delle singole molecole proteiche. Si creerebbe in tal modo un meccanismo di feedback capace di innescare un processo di self-trapping in minimi sempre più profondi dell’energia libera dell’intero sistema proteine-solvente. In questo scenario, è necessario chiedersi perché in condizioni fisiologiche la singola proteina evolve improvvisamente verso una condizione di non-equilibrio, invece di permanere nel suo stato nativo. L’ipotesi di fluttuazioni anomale, il cui tempo di vita sia sufficiente per innescare il meccanismo di self-trapping sopra riportato, anche se non appare del tutto giustificata, va tenuta in considerazione. Sembra comunque più ragionevole il supporre che variazioni nelle condizioni ambientali possano indurre l’insorgere di cambiamenti conformazionali delle singole molecole proteiche. Diversi studi in vitro supportano questa visione, dimostrando che cambiamenti di pH, temperatura, forza ionica ecc. ecc. sono in grado di indurre cambiamenti conformazionali e di innescare processi di aggregazione. Alternativamente, si può ipotizzare che variazioni nelle condizioni esterne perturbino l’equilibrio proteina singola vs. aggregati indipendentemente da variazioni della struttura nativa, dando così luogo alla formazione di aggregati. Le considerazioni fatte sopra sono particolarmente rilevanti nel caso dei processi di aggregazione in presenza di ioni metallici. Scopo del progetto è quello di raccogliere in maniera sistematica dati sperimentali che siano in grado di fornire ulteriori informazioni sui meccanismi sopra descritti. L’approccio sperimentale consisterà nello studio dei processi e delle cinetiche di aggregazione in presenza di ioni metallici per alcune opportune proteine: la beta-lactoglobulina (BLG), il lisozima e il peptide beta-amiloide (bA). La BLG e il lisozima sono ottimi sistemi modello e la loro capacità subire processi di aggregazione nettamente distinti (aggregati amorfi oppure fibrille amiloidi) al variare delle condizioni esterne sarà utilizzata per studiare gli effetti degli ioni metallici sui diversi tipi di aggregazione. Il peptide bA presenta invece un notevole interesse intrinseco per via del suo coinvolgimento nel Morbo di Alzheimer e per il ruolo giocato in ques