Modellizzazione di una proteina amiloidogenica in soluzione e su superfici

L’aggregazione di proteine in fibrille insolubili è all’origine di particolari patologie, chiamate amiloidosi. Le malattie neurodegenerative i cui depositi di amiloidi si trovano nel cervello (e.g. Alzheimer e Parkinson) ed i danni ad altri tessuti ad opera delle amiloidosi sistemiche trovano trattamento adeguato solo nella sintomatologia. La scoperta dei meccanismi di misfolding e aggregazione di una proteina si pone pertanto come un importante obiettivo da raggiungere. L’amiloidosi da β2-microglobulina (β2-m), molto comune nei pazienti con insufficienza renale che entrano in dialisi, attacca principalmente i tessuti osteoarticolari. Recenti studi hanno evidenziato il ruolo di diversi eventi come fattori d’innesco per il meccanismo di fibrillogenesi, a partire dalle interazioni con l’ambiente esterno in cui si trova immersa la proteina fino ai cambiamenti conformazionali interni alla stessa. In questo lavoro, si è rivolta particolare attenzione a tre di questi fattori: (i) la dimerizzazione come primo step d’aggregazione, considerando l’interazione proteina-proteina per β2-m in soluzione a pH fisiologico; (ii) l’isomerizzazione cis-trans dell’aminoacido prolina P32, che causa consistenti cambiamenti conformazionali nella β2-m favorendo il disgregarsi della proteina verso la fibrillogenesi; (iii) la presenza di superfici idrofobiche, come la grafite, le quali alterano il meccanismo di aggregazione tramite adsorbimento competitivo. In questa tesi di dottorato è stato studiato il comportamento della β2-m nativa e di alcune sue mutazioni in relazione ai suddetti fattori d’innesco per la fibrillogenesi, utilizzando metodi di dinamica molecolare. (i) Docking e simulazioni di dinamica classica e di replica exchange sono stati utilizzati per studiare i meccanismi di stabilizzazione dell’aggregato dimerico per la proteina nativa e le sue varianti più amiloidogeniche D76N e ΔN6. I nostri risultati mostrano che il numero e la forza dei ponti salini trovati nell’interfaccia dimerico è correlato con il grado amiloidogenico di ciascuna specie. (ii) La metadinamica, un potente strumento di enhanced sampling, è stata impiegata per valutare il paesaggio di energia libera di β2-m nativa e della variante amiloidogenica D76N. I risultati di queste simulazioni descrivono come l’isomerizzazione di P32 condizioni la conformazione delle due proteine e come alteri interazioni fondamentali per la loro stabilità. (iii) Gli effetti di superfici di grafite sul misfolding di β2-m nativa e di D76N sono stati studiati con le simulazioni di replica exchange, a complemento delle evidenze sperimentali in vitro. Le nostre simulazioni mostrano che l'adsorbimento di una proteina amiloidogenica sulla grafite è rapida e correlata da un parziale sfoldamento della struttura secondaria, in modo consistente con precedenti esperimenti. I risultati ottenuti in questa tesi contribuiscono alla comprensione del comportamento della β2-m, dipanando ulteriormente alcuni interrogativi sui fattori che conducono all’amilodogenesi.