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PROGRAMMA DI RICERCA 2007

italiano - english
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Parole Chiave
PROTEOMICA STRUTTURALE, COMPLESSI PROTEINA-PROTEINA, INTERAZIONI PROTEINA-PROTEINA MEDIATE DA IONI METALLICI, OMEOSTASI DEL RAME, SONDE PARAMAGNETICHE PER NMR

Gli ioni metallici nelle interazioni proteina-proteina

Università degli Studi di Firenze
Abstract
Gli ioni metallici sono essenziali per la vita. Si definisce metalloma l'insieme delle proteine che necessitano di ioni metallici per assumere il fold corretto e/o per espletare la loro funzione. La funzione di una proteina spesso si realizza attraverso interazioni proteina-proteina, che rappresentano il primo livello dell'interattoma.
Gli ioni metallici possono giocare un ruolo determinante e peculiare in queste interazioni. Alcuni di questi aspetti saranno oggetto del presente progetto.
1) Gli ioni metallici possono far sì che si realizzi l'interazione fra due proteine distinte attraverso la formazione di legami tra uno stesso ione metallico e ciascuna proteina. Questo è ciò che avviene nel cosiddetto "metal trafficking", processo nel quale uno ione metallico viene trasferito da una proteina ad un'altra attraverso interazioni proteina-proteina mediate dal metallo. Lo ione metallico infine raggiunge la sua destinazione, spesso rappresentata da una metalloproteina. Dal "metal trafficking" dipende l'omeostasi dei metalli nella cellula e l'assemblaggio di sistemi proteici complessi, che hanno bisogno di metalli, quali la citocromo c ossidasi.
2) Il legame di ioni metallici ad una proteina può indurre variazioni conformazionali nella proteina stessa, innescando così una serie di interazioni proteina-proteina a cascata. Questo è quello che si verifica nel "signalling" metallo-dipendente, come nel >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Ivano Bertini Università degli Studi di FIRENZE
Obiettivo del Programma di Ricerca
Obiettivo primario del progetto è di contribuire all'avanzamento delle conoscenze biologiche per quei processi cellulari in cui gli ioni metallici giocano in ruolo essenziale. Naturalmente questi studi richiedono un avanzamento delle metodologie di indagine. Le interazioni proteina-proteina sono essenziali e lo ione metallico può giocare un ruolo o naturale, mediando tali interazioni, o strumentale, come sonda per studiare tali interazioni, oppure entrambi i ruoli (mediatore e sonda). Il primo aspetto riguarda le interazioni proteina-proteina mediate dallo ione metallico, che avvengono ogni volta che uno ione metallico è accompagnato dall'esterno della cellula fino alla sua destinazione "finale" o destinazioni "intermedie" all'interno della cellula. Destinazioni finali possono essere definiti gli enzimi che hanno bisogno di ioni metallici per funzionare, o l'eliminazione del metallo dalla cellula. Destinazioni intermedie sono tutte quelle situazioni in cui lo ione metallico si trova prima della destinazione finale. Sembra ormai accertato che un buon numero di proteine è coinvolto nel trasporto del rame, del ferro, del nichel, ecc., vuoi per ottimizzare e rendere selettivo il processo, vuoi per non lasciare ioni liberi nella cellula, che potrebbero far avvenire reazioni sfavorevoli per la vita della cellula stessa. Proteine che cedono il metallo e che lo accettano devono interagire fra loro, ad esempio formando un intermedio con il >>>

Risultati parziali attesi
Come detto negli obiettivi, ci aspettiamo di far avanzare le conoscenze nelle varie linee di ricerca. Fra i risultati di maggior impatto, ci aspettiamo di capire meglio i processi ossidativi all'interno dello spazio intermembrana mitocondriale che portano all'intrappolamento di proteine in questa regione. Un fenomeno aberrante legato a questi processi ossidativi è l'oligomerizzazione della SOD1 (Banci, Bertini, Girotto, Martinelli, Vieru, Whitelegge, Durazo, and Valentine, Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 104: 11263-11267, 2007) che è proposta essere correlata alla sclerosi laterale amiotrofica. Questo è solo un esempio del tipo di risultati a lungo termine che ci aspettiamo di raggiungere. Siamo inoltre interessati alla comprensione dell'origine molecolare delle malattie di Menkes e Wilson, legate ad una non corretta omeostasi del rame. Ciò richiede avanzamenti nella comprensione del meccanismo di omeostasi. Le malattie di Menkes e Wilson sono malattie molecolari (secondo la definizione di Pauling: "molecular diseases", Science 110: 543-548, 1949) dovute a variazioni genetiche. Variazioni genetiche sulle proteine SCO1 e SCO2 danno luogo ad un imperfetto assemblaggio della citocromo c ossidasi, con conseguenti patologie encefalopatiche e cardiopatiche, rispettivamente.
Inoltre ci aspettiamo di estendere le conoscenze sul ruolo dei metalli nella biologia molecolare di sistemi e allo stesso tempo di sviluppare la tecnologia per affrontare questi >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
E' ormai riconosciuto che diversi ioni metallici sono associati a proteine in modo da costituirne unità funzionali. Per alcuni di questi metalli esiste un insieme di proteine che sovrintendono al loro trasporto e al controllo della loro reattività poichè, legandoli, la modulano e limitano. Alla fine del secolo passato, avendo a disposizione la sequenza di alcuni genomi, si è cominciato a identificare alcuni geni/proteine coinvolti nel trasporto degli ioni metallici [1,2]. Questi risultati confermavano esperimenti di knockout di geni necessari all'assunzione di ioni metallici. Subito fu iniziata la caratterizzazione strutturale di queste proteine via cristallografia a raggi X [3-5] e NMR in soluzione [6-7]. In seguito si iniziarono a studiare i complessi proteina metallodonatore - proteina metalloaccettore e fu coniata l'espressione "interazione proteina-proteina mediata da ioni metallici" [8]. Questi studi partirono dal lievito e dai batteri e poi si estesero all'uomo. Ad oggi, i metalli più studiati sono il rame [9-11], il ferro [12] e il nichel [13]. Nell'uomo, tra le proteine coinvolte nel trasporto e nell'omeostasi del rame, ce ne sono due che rivestono un ruolo fondamentale [14,15]. Sono proteine di membrana (ATPasi di tipo P), che in alcune cellule dell'intestino (proteina ATP7A) e del fegato (proteina ATP7B) passano il rame(I) nel sangue e nella bile, rispettivamente, attraverso la membrana citoplasmatica. In condizioni di >>>