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PROGRAMMA DI RICERCA 2007

italiano - english
Unità di Ricerca
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Parole Chiave
RECETTORI DELLA RIANODINA, SEGNALI CALCIO, SORCINA, CREATIN KINASE 2, CONTRAZIONE CARDIACA

Supramolecular complexes of sorcin in the generation and regulation of Calcium-dependent cellular functions

Università degli Studi di Siena
Abstract
Lo ione calcio è un secondo messaggero che regola diverse funzioni cellulari modulando l’attività enzimatica e l’espressione genica (Berridge, 1993). Il segnale calcio si basa sia sulla capacità di mantenere i livelli basali di Ca2+ libero nel citosol nell’ordine di 100 nM grazie all’attività di trasportatori di Ca2+ della membrana plasmatica e del reticolo endoplasmatico, sia sulla capacità di regolare gli incrementi transienti di Ca2+ nell’ordine di µM, permettendone l’ingresso dai liquidi extracellulari o il rilascio dai depositi intracellulari del reticolo endosarcoplasmatico (Pozzan et al., 1994). Elementi chiave per la trasduzione del segnale Ca2+ sono numerose proteine che si associano ad esso e che, in seguito al legame con il Ca2+, acquistano la capacità di interagire con specifiche proteine bersaglio e regolarne quindi la funzione. La maggior parte delle proteine che legano il Ca2+ contiene caratterisitici motivi “EF hands” e CaM è probabilmente la più nota.
La sorcina è una proteina di 22 KDa ubiquitaria che lega il Ca2+ appartenente alla famiglia delle proteine con cinque “EF hands” la quale, in seguito al legame con il Ca2+, subisce un cambiamento conformazionale che permette l’interazione reversibile con le proteine bersaglio. Nel cuore sorcina è implicata nella regolazione dei processi di eccitazione, contrazione e rilassamento, dove gioca un ruolo importante nella transizione tra i cicli di contrazione e di rilassamento. Sorcina ha almeno tre diverse >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Vincenzo Sorrentino Università degli Studi di SIENA
Obiettivo del Programma di Ricerca
Lo studio di sorcina e delle sue proteine bersaglio eo interattori rappresenta un punto comune nella ricerca delle tre unità che partecipano a questo progetto. L’unità Colotti ha un’esperienza di lunga durata nello studio delle proprietà strutturali e funzionali di sorcina. Al contrario l’unità Sorrentino è nota per la ricerca sulla genetica e sulla funzione dei recettori della rianodina, e l’unità Ruzzene può fornire un supporto rilevante nello studio della fosforilazione proteica. Ci aspettiamo che, data questa formazione, l’attività coordinata delle tre unità che partecipano a questo progetto possa contribuire ad una migliore comprensione dell’interazione che avviene tra sorcina e RyR2 e tra sorcina e CK2. Saranno studiate anche le basi molecolari della formazione di sorcina-NCX. Nella regolazione della contrazione cardiaca RyR2 e NCX rappresentano interattori chiave: RyR2 è coinvolto essenzialmente nella fase di eccitazione-contrazione, e la sua apertura determina l’aumento della concentrazione citosolica di calcio, mentre NCX contribuisce maggiormente nella fase successiva di rilassamento. Poichè c’è un’interazione tra sorcina e CK2, ci aspettiamo di capire se questa interazione possa risultare nella fosforilazione di sorcina e, se questo fosse il caso, di verificare se i siti bersaglio presunti di CK2 siano effettivi e se la fosforilazione di sorcina influenzi il suo legame eo la sua attività regolatoria su RyR2.
Ci aspettiamo che le attività pianificate >>>

Risultati parziali attesi
Lo studio di sorcina e delle sue proteine bersaglio rappresentano un punto in comune nella ricerca delle tre unità che partecipano a questo progetto. La sorcina, grazie alla costituzione dinamica di complessi, contribuisce alla regolazione di canali ionici quali i recettori della rianodina (RyR2), il canale del Ca2+ voltaggio-dipendente di tipo L, lo scambiatore Na+-Ca2+ (NCX) e la Ca2+-ATPase del reticolo sarcoplasmatico (SERCA2a) cardiaco. Complessivamente sorcina partecipa nel diminuire la concentrazione citosolica di Ca2+ agendo con almeno tre diverse modalità: inibisce il rilascio di calcio dal SR inibendo RyR2, aumenta l’ingresso di calcio dal citosol al SR attivando SERCA2a e ne favorisce l’estrusione attraverso il sarcolemma attivando NCX. La conoscenza delle basi molecolari dell’interazione di sorcina con i due canali permetterà di comprendere le alterazioni funzionali dei canali quando sono mutati. Basandoci sulle esperienze precedenti delle unità che partecipano ci aspettiamo alla fine del primo anno di avere definito le regioni importanti per l’interazione tra RyR2 e sorcina e tra il loop citosolico di NCX e sorcina.
La caratterizzazione della topologia delle interazioni sorcina-RyR2 e sorcina-NCX sarà importante per svelare i meccanismi molecolari alla base del ciclo di eccitazione-contrazione-rilassamento nei miociti. La conoscenza dei dettagli molecolari dei complessi sovramolecolari studiati avrà un impatto nella comprensione di come proteine sensore >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Ca2+ regola numerose funzioni nelle cellule eucariotiche
Le funzioni cellulari dipendenti dal Ca2+ comprendono un’ampia gamma di processi cellulari, quali secrezione, espressione genica, contrazione muscolare, fertilizzazione di oociti, divisione cellulare, apoptosi, virtualmente in tutti i tipi di cellule eucariotiche (Berridge, 2006; Rizzuto and Pozzan, 2006). E’ stato dimostrato che il Ca2+ è particolarmente idoneo ad agire come secondo messaggero e regolatore delle funzioni cellulari grazie all’elevato gradiente di concentrazione tra l’ambiente extra-cellulare ed il citosol. Questo consente cambiamenti rapidi e reversibili della sua concentrazione all’interno della cellula, una proprietà fondamentale perchè un secondo messaggero agisca in modo appropriato. Inoltre la specifica combinazione di dimensione e di carica del Ca2+ permettono il suo legame reversibile con ligandi che hanno una complessità strutturale sufficiente ad assicurare un’interazione specifica. La concentrazione citosolica di Ca2+ è regolata dal trasporto attraverso la membrana plasmatica e attraverso le membrane intracellulari. Responsabili del trasporto di Ca2+ sono numerosi canali, trasportatori, sia ATP-dipendenti che non, localizzati nella membrana plasmatica, nel reticolo sarcoplasmatico e nei mitocondri (Brini and Carafoli, 2000). Il progresso nei metodi di misurazione del Ca2+ ha rivelato che cambiamenti nella concentrazione intracellulare di Ca2+ avvengono in seguito a specifici schemi >>>