Relazione Secondo Anno

Università degli Studi di Siena
XXI Ciclo della Scuola di Dottorato di Ricerca in Scienze Chimiche
Curriculum Molecolare
Dottoranda: Elena Porciatti
Tutor: Elena Gaggelli
Studio di complessi di Rame II con molecole biologicamente attive
Relazione Secondo Anno
L’attività di ricerca svolta durante questo secondo anno di dottorato è stata indirizzata verso la
determinazione strutturale di complessi di Cu(II) con peptidi di interesse biologico. Grazie all’impiego
delle tecniche di Risonanza Magnetica è stato possibile ottenere dei vincoli di distanza protone-metallo
(misure di T1) e protone-protone (integrazione dei cross-peaks NOESY) che, successivamente, sono
stati elaborati da un programma di predizione strutturale (DYANA). Le strutture dei complessi ottenute
in questo primo step sono state poi ottimizzate geometricamente (tenendo conto anche della geometria
di coordinazione intorno allo ione metallico) ed energeticamente tramite l’utilizzo di programmi di
Dinamica Molecolare (Hyperchem).
In particolare, durante questo anno, ho lavorato con i seguenti sistemi biologici:
1. un frammento peptidico (normale e mutato) dell’istatina;
2. frammenti peptidici derivati dalla proteina prionica umana
1. Le istatine sono un gruppo di peptidi cationici antimicrobici ricche di residui istidinici rinvenuti
nella saliva degli uomini e di alcuni primati. Come altri peptidi antimicrobici le istatine
mostrano, in vitro, una spiccata attività fungicida in particolare nei confronti della Candida
Albicans. Un frammento dell’istatina 5 costituito da dodici aminoacidi, AKRHHGYKRKFH,
denominato P-113 o demegen, è stato identificato come il più piccolo frammento avente
attività antimicrobica paragonabile a quella del peptide intero. Tale peptide mostra anche una
discreta affinità per i metalli e, data la presenza di tre istidine, è in grado di legare fortemente il
rame(II). Demegen e cinque suoi analoghi mutati in corrispondenza delle istidine 5 e 12 con
due alanine, protetti e non protetti all’N-terminale, sono stati studiati in presenza di Cu(II)
proprio con l’obiettivo di accertare il ruolo dei due residui istidinici adiacenti nella formazione
del complesso metallico. Paragonando i risultati ottenuti per il demegen e per i frammenti
modificati emerge l’importanza delle due istidine centrali per la formazione del complesso nel
range di pH 4.5-7. Lo studio mostra anche che gli anelli imidazolici delle istidine si comportano
sempre come punti primari di ancoraggio per il rame, ma che il legame ulteriore con la parte Nterminale del peptide rende i complessi non protetti molto più stabili di quelli protetti.
2. Attualmente sto studiando dei piccoli frammenti della proteina prionica umana contenenti una
istidina come primo o ultimo residuo della sequenza. L’attenzione è stata rivolta alle istidine 61,
96 e 111 e, in particolare, è stata valutata la tendenza dello ione rame a deprotonare il backbone
una volta ancorato sull’imidazolo. Tutti i frammenti sono protetti ad entrambe le estremità e
questo comporta che quando l’istidina si trova come primo aminoacido nella sequenza il rame
complessato possa deprotonare il backbone solo in direzione C-terminale; quando invece
l’istidina si trova all’estremità C-terminale il metallo può solo deprotonare il backbone in
direzione N-terminale. Dai dati ottenuti questa differenza di comportamento è evidenziata
anche da una diversa coordinazione sull’anello imidazolico; sembra infatti che quando l’istidina
si trova in ultima posizione nella sequenza abbia la tendenza a legare il rame con l’Nδ
dell’anello aromatico, mentre quando è in prima posizione possa coordinarsi al rame sia con
l’Nδ che con l’Nε, o comunque preferibilmente all’Nε. Se questa osservazione fosse realmente
valida diverrebbe un ottimo strumento per predire, dalla sola analisi dei protoni aromatici
dell’istidina, la direzione verso cui il rame deprotonerà gli azoti ammidici fornendo quindi un
valido aiuto per determinare il tipo di complesso che si formerà.
Pubblicazioni:
ƒ
M. Capannelli, E. Gaggelli, M. Jezowska-Bojczuk, E. Molteni, A. Mucha, E. Porciatti, D. Valensin, G.
Valensin. 1H and 13C NMR study of the complex formed by copper(II) with the nucleoside antibiotic
sinefungin. Journal of Inorganic Biochemistry 101(7), 1005-1012 (2007)
ƒ
K. Kulon, D. Valensin, W. Kamysz, G. Valensin, P. Nadolski, E. Porciatti, E. Gaggelli, H. Kozłowski.
The His-His sequence of the antimicrobial peptide Demegen P-113 makes it very attractive ligand for
Cu2+. Submitted.