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Francesco Musiani

Professore associato

Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie

Settore scientifico disciplinare: CHIM/03 CHIMICA GENERALE E INORGANICA

Didattica

Argomenti di tesi proposti dal docente.

Studio computazionale del regolatore trascrizionale Ni(II) dipendente InrS da Synechocystis PCC 6803

InrS (internal nickel-responsive sensor) da Synechocystis PCC 6803 è un sensore regolato da ioni Ni(II) che appartiene alla famiglia dei regolatori trascrizionali CsoR/RcnR. Se gli ioni Ni(II) sono in concentrazione superiore alle necessità cellulari, InrS de-reprime la trascrizione di NrsD, una proteina di efflusso localizzata nella membrana interna. La proteina si trova sotto forma di tetramero ed è capace di legare uno ione Ni(II), Co(II) o Cu(I) per monomero. La sfera di coordinazione degli ioni Ni(II) sembrerebbe includere due cisteine e due istidine in geometri planare quadrata. Esperimenti di mutagenesi indicano i residui Cys53, Cys82 e His78 come possibili leganti del nichel, mentre non è chiara l’identità della seconda istidina capace di legare il metallo. La struttura di InrS è stata risolta di recente, aprendo la strada sia a studi di modellizzazione del centro metallico che di dinamica molecolare. Non è infatti chiaro come questa classe di proteine si leghi al DNA e una comparazione delle proprietà dinamiche di InrS in forma apo e olo potrebbe fornire nuove informazioni legate a questo aspetto.

Studio computazionale di UreG da Klebsiella pneumoniae, una GTPasi coinvolta nell'attivazione dell'ureasi

UreG è una proteina capace di idrolizzare GTP necessaria per la maturazione dell'ureasi, un fattore di virulenza per molti batteri patogeni. Nonostante UreG sia il primo caso documentato di enzima intrinsicamente disordinato e non sia stato possibile ottenerne una strutture nel caso di diversi batteri, nel 2017 ne è stata risolta la struttura cristallografica da Klebsiella pneumoniae, mentre la struttura di UreG da Helicobacter pylori in complesso con altre proteine accessorie era già stata risolta nel 2013. La struttura da Klebsiella pneumoniae è un dimero in complesso con una molecola di un analogo non reattivo del GTP per monomero e uno ione Ni(II) all'interfaccia fra i due monomeri legato ad un motivo CPH conservato in tutte le UreG. Gli autori della struttura suggeriscono che l'idrolisi di GTP controlli per via allosterica il legame/rilascio di ioni nichel. Il seguente progetto di tesi di propone di verificare questa ipotesi tramite calcoli di dinamica molecolare atomistica.

Studio computazionale del regolatore trascrizionale WhiB1 da Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis è la causa principale della tubercolosi polmonare, una malattia che causa più di un milione di vittime ogni anno. Il monossido d'azoto (NO) è importante per controllare l'infezione tamite il regolatore trascrizionale NO-responsivo WhiB1. WhiB1 appartiene ad una peculiare famiglia di regolatori trascizionali che includono la presenza di un cluster ferro-zolfo ([4Fe-4S]). Quando il cluster [4Fe-4S] è correttamente posizionato nel sito di legame di WhiB1, la proteina è stabile in soluzione. Tuttavia, la reazione con NO porta alla perdita del cluster [4Fe-4S] per nitrosilazione. WhiB1 priva del cluster ferro-zolfo tende a sfoldarsi ed è in grado di legare il DNA, innescando una riprogrammazione dell'espressione genica che include i componenti del sistema di secrezione ESX-1, fondamentale per la virulenza. Questo progetto di tesi si propone di studiare i determinanti di WhiB1 in forma olo e apo e di caratterizzare le variazioni strutturali che avvengono una volta che viene perso il cluster [4Fe-4S].

Virtual screening in silico di substrati e ligandi superficiali di un enzima FAD dipendente da Pycnoporus cinnabarinus.

La biomassa vegetale è la fonte più promettente di materiali ecologici e rinnovabili, biocarburanti e prodotti chimici di derivazione biologica, un potenziale che non siamo ancora in grado si sfruttare a pieno. I funghi filamentosi sono capaci di degradare e trasformare tutte le componenti della parete cellulare delle piante, costituita da cellulosa, emicellulosa, lignina e altri polisaccaridi complessi, usando una vasta gamma di enzimi secreti. Queste proteina hanno un enorme potenziale come biocatalizzatori industriali per la catalisi di reazioni specifiche ed ecologiche. Fra questi, gli enzimi attivi sulla lignina sono i meno studiati, nonostante la lignina rimanga la prima causa di inutilizzo delle biomasse vegetali nelle bioraffinerie e la più promettente fonte di composti aromatici in sostituzione del petrolio. Gli enzimi capaci di degradare la lignina, come la laccasi, possono degradare efficacemente la lignina in vivo, ma causano solo un ripolimierizzazione della lignina in vitro. Crediamo che la ragione di questo sia la presenza nei funghi di flavoenzimi, come le glucosio deidrogenasi (GDH) che possono sfruttare l'ossidazione del glucosio e di altri saccaridi per stabilizzare i composti aromatici derivanti dalla lignina. Questi enzimi non sono stati sufficientemente studiati e ne è stata identificata una particolare isoforma dal fungo Pycnoporus cinnabarinus (PcGDH). PcGDH ha una sequenza molto simile ad altre GDH, ma non usa il glucosio come substrato. Infatti, ossida dei polisaccaridi simili alla emicellulosa. Questo è stato mostrato da colleghi del Università di Marsiglia/INRAE (Francia) dopo una caratterizzazione biochimica e strutturale, che ha rivelato fra l'altro un sito di legame per lo zucchero sulla superficie di PcGDH. Questo nuovo sito potrebbe essere importante per il legame dell'enzima alla emicellulosa. Lo scopo di questa tesi è di identificare i substrati fisiologici e i ligandi di PcGDH attraverso un virtual screening in silico. Una volta identificato un gruppo di molecole promettenti, parte dell'internato potrà essere svolto nel laboratorio di Biodiversità e Biotecnologie dei Funghi del Dr. Giuliano Sciara presso l'Università di Marsiglia, allo scopo di validare sperimentalmente i risultati ottenuti tramite spettroscopia UV/visibile e biocristallografia di proteine.