RICERCA ITALIANA     

CANALI IONICI ATTIVATI DALL'IPERPOLARIZZAZIONE DEL POTENZIALE E REGOLATI DA NUCLEOTIDI CICLICI(CANALI HCN).

Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste

Abstract

Lo scopo del presente progetto di ricerca è quello di chiarire le proprietà funzionali e di determinare i meccanismi molecolari dei canali ionici attivati dall'iperpolarizzazione del potenziale di membrana e regolati dai nucleotidi ciclici(CN), usualmente noti come canali HCN. Per comprendere le proprietà fisiologiche dei canali HCN ed avere una dettagliata descrizione delle basi molecolari delle loro funzioni, è necessario usare un approccio altamente interdisciplinare che in Italia può essere realizzato solo mettendo insieme laboratori diversi ma con interessi comuni. Questo progetto utilizzerà assieme alle metodologie più comunemente usate per lo studio dei canali ionici quali biochimica, biologia strutturale e molecolare ed elettrofisiologia anche approcci più teorici di bioinformatica e di fisica e chimica computazionale. Questo progetto ha i seguenti scopi specifici:
1 - Studiare a livello molecolare, la composizione in subunità e i cambiamenti conformazionali associati all'apertura e alla chiusura dei canali HCN.
2 - Sviluppare modelli molecolari dei canali HCN per studiare questi cambiamenti conformazionali associati alla apertura e chiusura dei canali e i possibili modi di interazione tra le varie isoforme dei canali HCN.
3 - Studiare la localizzazione cellulare e subcellulare delle varie isoforme per cercare di capire come sono distribuite e come sono regolati i processi di targeting e di turnover nella membrana. In questa fase cercheremo >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Vincent Aldo TORRE Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di TRIESTE

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il presente progetto di ricerca si propone di determinare i meccanismi molecolari dei canali ionici attivati dall'iperpolarizzazione del potenziale di membrana e sensibili ai nucleotidi ciclici (CN) e di chiarirne le proprietà funzionali. I canali ionici sensibili ai CN appartengono a diverse sottofamiglie di proteine correlate fra loro. I membri di una sottofamiglia, detti canali CNG, richiedono cGMP o cAMP per aprirsi ma sono anche dipendenti da voltaggio. I membri di una seconda sottofamiglia, i cosiddetti canali "pacemaker" sono attivati dalla iperpolarizzazione della membrana cellulare e sono regolati dai nucleotici ciclici. Tali canali sono chiamati HCN e sono l'oggetto di studio del presente progetto.
I canali HCN sono presenti in numerosi tessuti neuronali (Di Francesco, 1993) e hanno un ruolo fondamentale nella elaborazione dei segnali visivi della retina dei mammiferi (Gargini et al., 1999; Demontis et al., 1999, 2002). I canali CNG e HCN mediano la trasduzione sensoriale e l'elaborazione dell'informazione sensoriale nella visione e olfatto. Questi canali, sebbene appartengano alla stessa superfamiglia dei canali regolati dal voltaggio, differiscono in modo sostanziale dai canali K+, Na+ e Ca2+ a causa del loro "gating" specifico e della selettività ionica.
In questo progetto viene proposto un approccio altamente interdisciplinare per la comprensione delle proprietà fisiologiche dei canali HCN e delle basi molecolari della loro funzioni. Questo >>>

Risultati parziali attesi

-Analisi fine della localizzazione dei vari canali HCN su cellule neuronali e sul tessuto pacemaker cardiaco
-Analisi della localizzazione subcellulare dei canali ed identificazione dei compartimenti subcellulari che sono coinvolti nel traffico intrac

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I canali ionici sono proteine di membrana che svolgono un ruolo fondamentale nella fisiologia della cellula e nella trasduzione del segnale (Hille 1992). Ioni potassio, sodio, calcio e cloro vengono usati ingegnosamente dai sistemi viventi per svolgere compiti cellulari fondamentali. Attraverso l'azione delle pompe ioniche, una grossa parte dell'energia metabolica viene utilizzata per creare i gradienti ionici transmembrana. I canali ionici sono stati studiati intensamente da un punto di vista elettrofisiologico e biochimico e la loro sequenza aminoacidica è stata determinata con tecniche di biologia molecolare. La determinazione della struttura tridimensionale (3D) del canale K (Doyle et al 1998) del batterio Streptomices lividans - chiamato il canale KcsA- ha aperto una nuova era permettendo di comprendere la relazione tra struttura e funzione dei canali ionici a livello atomico.

I CANALI HCN
Le cosiddette correnti Ih (Di Francesco 1993) che fluiscono attraverso i canali HCN, sono state scoperte nelle cellule del nodo senoatriale (Brown et al. 1979) e sono state trovate anche nei neuroni piramidali dell'ippocampo (Halliwell and Adams 1982) e nei fotorecettori (Bader et al 1979). I canali HCN sono responsabili dell'attività elettrica ritmica di molti neuroni e dei miociti del cuore. Oltre alla funzione di pace-maker i canali HCN svolgono anche altre funzioni. In molti neuroni i canali HCN co-determinano il potenziale di membrana e perciò svolgono un >>>