Un approccio multidisciplinare allo studio della dinamica delle proteine e della trasmissione del segnale

L'allosteria è un fenomeno di fondamentale importanza in biologia che permette la regolazione della funzione e l'adattabilità dinamica di enzimi e proteine. Nonostante la sua scoperta più di un secolo fa, l'allosteria rimane un enigma biofisico, a volte chiamato "il secondo segreto della vita". La difficoltà è principalmente associata alla natura complessa dei meccanismi allosterici che si manifestano come l'alterazione della funzione biologica di una proteina/enzima (cioè il legame di un substrato/ligando al sito attivo) attraverso il legame di un "altro oggetto" (" allos stereos" in greco) ad un sito distante (più di un nanometro) dal sito attivo, il sito effettore. Pertanto, al centro dell'allosteria, c'è una propagazione di un segnale dal sito effettore al sito attivo attraverso una matrice proteica densa, dove una delle sfide principali è rappresentata dalla delucidazione delle interazioni fisico-chimiche tra i residui di amminoacidi che consentono la comunicazione tra i due siti: le vie allosteriche. In questo elaborato, viene proposto un approccio multidisciplinare basato sulla combinazione di metodi chimici teorici, che coinvolgono simulazioni di dinamica molecolare dei movimenti delle proteine, analisi (bio)fisiche di sistemi allosterici, inclusi allineamenti di sequenze multiple di sistemi allosterici noti e strumenti matematici basati sulla teoria dei grafi ed apprendimento automatico che può aiutare notevolmente a comprendere la complessità delle interazioni dinamiche coinvolte nei diversi sistemi allosterici. Il progetto mira a sviluppare strumenti veloci e robusti per identificare percorsi allosterici sconosciuti. Le caratterizzazioni e le previsioni dei punti allosterici possono chiarire e sfruttare appieno la modulazione allosterica negli enzimi e nei complessi DNA-proteina, con potenziali ampie applicazioni nell'ingegneria enzimatica e nella scoperta di farmaci.