La morfologia degli aggregati nei processi di fibrillazione di piccoli peptidi

Progetto: Research project

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L'obiettivo principale del progetto presentato è il trasferimento di competenze scientifiche e tecniche sperimentali ben consolidate alla progettazione e al testing di strategie terapeutiche contro le malattie causate da deposizione di fibrille amiloidi e di nuove molecole in grado di interferire con questi processi. La formazione di fibrille amiloidi sembra, infatti, essere un evento fondamentale nella eziologia di diverse patologie, note sotto il nome di amiloidosi, come ad esempio il morbo di Parkinson, l'Alzheimer e il morbo di Creutzfeldt-Jacob. Qualsiasi progresso che vada nella direzione di chiarire le basi molecolari della formazione di fibrille amiloidi è quindi di estrema rilevanza scientifica e sociale. L'Alzheimer ad esempio è una malattia devastante e invalidante che colpisce una percentuale significativa e crescente della popolazione anziana con un enorme impatto medico, economico e sociale.Da anni, i ricercatori coinvolti in questo progetto portano avanti studi biofisici sui processi di aggregazione di proteine e piccoli peptidi. L'aggregazione di proteinecoinvolge differenti meccanismi, quali cambiamenti conformazionali e strutturali a livello di singola proteina, processi di nucleazione e interazioni proteina-proteina.Questi meccanismi si verificano a differenti livelli gerarchici, dalla singola proteina agli oligomeri e alle fibrille, in differenti scale temporali e in dipendenza dalle condizioni esterne, e possono evolvere in differenti fasi interconnesse. Sotto specifiche condizioni destabilizzanti, tutte le proteine sembrano avere la capacità di "misfold" e successivamente auto-organizzarsi in aggregati sopramolecolari ordinati come le fibrille amiloidi. Inoltre, nel processo di formazione di fibrille, mature sono state osservate diverse specie intermedie, come piccoli oligomeri o proto-fibrille. Il panorama risulta pertanto stremamente complesso e vede strettamente correlati tra loro gli aspetti della funzionalità delle molecole biologiche nel loro stato nativo, dei cambiamenti di struttura della singola proteina e delle interazioni proteina-proteina mediate dal solvente. Per questi motivi, abbiamo scelto in questo progetto un approccio al problema di tipo biofisico, utilizzando sinergicamente differenti competenze scientifiche, con consolidate collaborazioni, cha vanno dalla fisica alla biochimica alla biologia.Il sistema modello scelto è il peptide Abeta (39/43 residui amminoacidici), uno dei principali componenti di placche amiloidi nel cervello dei pazienti con malattia di Alzheimer.Verranno verificati gli effetti sull'aggregazione e sulla tossicità di Abeta di alcuni composti naturali presenti negli alimenti della dieta mediterranea e potenzialmentecapaci di interagire col peptide per stabilizzare o disgregare le strutture sopramolecolari dagli oligomeri, alle fibrille, alle placche. I composti scelti sono: l'acido ferulico (anti-ossidante fenolico presente nella frutta) e l'ipericina (pigmento aromatico policiclico ampiamente usato come leggero antidepressivo). Inoltre, saranno investigati gli effetti dello squalene (costituente dell'olio extra vergine di oliva e immediato precursore del colesterolo).Saranno inoltre studiati gli effetti di alcuni metalli di transizione sulle cinetiche di aggregazione di Abeta. Questi ioni sono stati scelti perché è stato suggerito che laloro presenza contribuisce sia alla formazione di fibrille del peptide Abeta che alla neuropatologia della malattia di Alzheimer.Infine, saranno sintetizzati e testati come inibitori della fibrillogenesi nuove specie di piccoli peptidi, deno

Layman's description

Il principale obiettivo che il progetto si propone è quello di contribuire a delineare una strategia molecolare che possa aprire la strada a efficaci terapie farmacologiche per la cura del morbo di Alzheimer, malattia devastante e invalidante, di grande impatto economico e sociale.Il morbo di Alzheimer (AD), e altri disordini neurodegenerativi come la Corea di Huntington, appartengono alla famiglia di patologie che vanno sotto il nome generico di amiloidosi per la presenza di aggregati proteici insolubili localizzati in prossimità del sito di danno cerebrale. Questi aggregati "amiloidi" mostrano alcune tipiche caratteristiche chimico-fisiche: morfologia fibrillare, alta percentuale di struttura secondaria beta-sheet, insolubilità nei comuni solventi e detergenti e resistenza alle proteasi. Nel caso del Morbo di Alzheimer si osservano nel tessuto cerebrale le tipiche placche senili formate da depositi extra cellulari di fibrille del peptide beta-amiloide (Abeta). Abeta, composto da 39-43 aminoacidi, deriva dal processamento di una glicoproteina di membrana, la proteina precursoredell'amiloide (APP), formata da 770 aminoacidi, coinvolta nella traduzione del segnale nucleare. La polimerizzazione di Abeta, che porta alla formazione di fibrille ben ordinate, è caratterizzata dal susseguirsi di molteplici specie di transizione: nuclei di aggregazione iniziali ("seeds"), piccoli oligomeri solubili, protofibrille e polimeri insolubili, fibrille amiloidi con una conformazione prevalentemente beta-sheet. La formazione di fibrille è un processo di polimerizzazione nucleazione-dipendente, composto da tre fasi che consistono nella perdita della struttura nativa ("misfolding"), nella formazione di piccoli nuclei di aggregazione e nella formazione e allungamento delle fibrille. Per lungo tempo le fibrille amiloidi, trovate nelle placche senili, sono state considerate le principali responsabili della patologia neurodegenerativa. Numerosi studi sembrano oggi convergere sull'idea che la tossicità sia invece imputabile ad aggregati più piccoli, oligomeri, presenti nelle fasi iniziali e intermedie del processo di formazione delle fibrille: tali oligomeri "pre-fibrillari", solubili e instabili, hanno una spiccata tendenza a interagire con la membrana cellulare formando pori e causando così un danno cellulare attraverso un'inappropriata permeabilizzazione di membrana. Le restrizioni conformazionali possono giocare un ruolo chiave nel processo di fibrillogenesi ed è, quindi, di importanza critica studiare i meccanismi responsabili e la cinetica di tale processo e chiarire se e come può essere inibito o ritardato da farmaci appropriati. Inoltre nell'AD i processi di misfolding del peptide Abeta sembrano essere condizionati dalla presenza di alcuni metalli di transizione (principalmente Cu e Zn), che sono presenti in elevata concentrazione nelle placche dei pazienti neurologici e il cui ruolo non è stato ancora chiarito.Le interazioni peptide-peptide che portano al fenomeno di auto-associazione di Abeta con la conseguente formazione delle fibrille possono essere modulate e influenzate da piccole molecole organiche potenzialmente utilizzabili anche come strumenti terapeutici indirizzati contro sia le specie oligomeriche sia quelle fibrillari. Piccoli modulatori organici dell'interazione proteina-proteina, in grado di penetrare all'interno della cellula, possono essere perciò molto utili per una migliore comprensione dei processi fisiologici cellulari e per scopi terapeutici. In questa prospettiva, le molecole aromatiche policicliche sono di particolare interes

Key findings

Salute
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva3/22/103/21/12