Collaborazioni
Il CASPUR ha all’attivo convenzioni e collabo-razioni con diverse università ed istituti del CNR per progetti di ricerca di interesse biomedico. Tra gli altri, è attiva una convenzione con il Diparti-mento di Medicina Interna dell’Università di Pe-rugia per lo studio dell’effetto delle mutazioni nel gene KCNA1, che codifica per i canali del K+ voltaggio dipendenti Kv1.1, che provocano gravi alterazioni neurologiche in pazienti affetti da atassia episodica di tipo 1; il CASPUR collabora con il Dipartimento di Scienze Biomediche del-l’Università di Anversa in Belgio (Prof. D. Sny-ders) per lo studio combinato struttura/funzione di alcuni mutanti del canale Shaker Kv1.5/1.4. Recentemente è iniziata una collaborazione con il gruppo coordinato dal Prof. A. Tenenbaum del Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma per lo studio della funzione della pro-112
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A BIOLOGIA COMPUTAZIONALE COME STRUMENTO
DI INDAGINE DELLE MALATTIE GENETICHE
I canali ionici sono proteine di membrana che regolano il passaggio di ioni specifici verso l’interno e l’esterno delle cellule. Tra questi, i canali del potassio rivestono un’importanza fondamentale nel contesto di molte pa-tologie di natura genetica: le malattie metaboliche sono spesso causate, infatti, da un malfunzionamento di specifici canali ionici, la cui funzione biologica risulta alterata in seguito ad una mutazione del relativo gene che la codifica. La biologia computazionale consente di indagare e studiare, a livello molecolare, le cause che alterano la funzione dei canali ionici; fornisce a medici e biologi uno strumento di interpretazione dei loro esperimenti e permette la progettazione di nuovi farmaci volti a curare e migliorare la qualità della vita di molti pazienti. Le moderne risorse di calcolo parallelo, basate sui nuovi processori GPU ad architettura multi-core, consentono di simulare il comportamento dinamico dei canali ionici su scale di tempo molto maggiori.
Offerta
Il CASPUR offre agli utenti di biologia computazionale un ambiente in cui i più diffusi codici modellistici sono installati e configurati per utilizzare al meglio le risorse di calcolo parallelo del Consorzio e facilitare sia la fase di generazione dei dati che la loro analisi. Inoltre, il CASPUR mette a disposizione dell’utenza accademica per-sonale con diverse competenze (biofisica, biologia molecolare, bioinformatica, statistica) per affrontare proble-matiche particolarmente complesse, insieme ai ricercatori dei partner accademici e degli enti convenzionati. Nell’ambito della ricerca biomedica, il CASPUR offre supporto all’installazione e sviluppo di applicazioni per l’ana-lisi delle simulazioni di macromolecole biologiche e fornisce competenze utili alla risoluzione delle principali problematiche legate sia all’aspetto scientifico che a quello tecnologico.
HPC
Fig. 1Struttura per omologia del canale ionico KCNA1 umano (ba-sata sulla struttura tridimensionale del canale chimerico Kv1.2/2.1) che mostra la localizzazione di tre aminoacidi (evidenziati in verde, rosso, e blu) coinvolti nel processo di insorgenza dell’atassia epi-sodica di tipo 1.
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Risultati
Lo studio delle mutazioni sui canali Kv1.5, ad esempio, ha permesso di capire l’effetto di specifici aminoacidi sulla funzione dei canali ionici ed, in particolare, sulle loro proprietà di gating, ovvero sul meccanismo molecolare che sta alla base dell’attivazione del canale stesso. Inoltre, uno studio effettuato su un canale responsabile dell’atassia episodica di tipo 1 ha di-mostrato l’importanza di alcuni aminoacidi della regione del dominio di trans-membrana del canale KCNA1 umano nell’insorgenza di questa grave patologia.
Bibliografia essenziale
Imbrici, P., D’Adamo, M.C., Grottesi, A., Pettorossi, V.E., Biscarini, A., Pessia, M. Episodic Ataxia Type 1 Mutations Affect Fast Inactivation of K+ Channels by a Reduction in either Subunit Surface Expres-sion or Affinity for Inactivation Domain. Am J of Phys – Cell Physiology, in press.
Di Marino, D., Oteri, F., Morozzo Della Rocca, B., Chillemi, G., Falconi, M. (2010). ADP/ATP mitochondrial carrier MD simulations to shed light on the structural-dynamical events that, after and additional mutation, restore the function in a pathological single mutant, J. Struct. Biol., 172(3), 225-232. Grottesi, A., Imbrici, P., Chillemi, G., Pessia, M. (2010). All-Atom Molecular Dynamics Simulations of
the K+ Channel Chimera Kv1.2/Kv2.1, Biophysical J., 98(3), 519a.
Fig. 2 Struttura secondaria e terziaria della proteina ADP/ATP trasportatore mitocondriale. La figura mostra l’organizzazione delle alfa eliche (rappresentate come nastri solidi) che si dispongono a formare una cavità centrale immersa nel doppio strato lipidico.
Gruppo di Biologia e Medicina Computazionale Giovanni Chillemi g.chillemi@caspur.it Alessandro Grottesi a.grottesi@caspur.it
teina Tau, appartenente alla classe delle proteine intrinsecamente disordinate, coinvolta nel-l’insorgenza di malattie neurodegenerative quali il morbo di Parkinson.
