Approcci innovativi per lo studio delle funzioni patologiche della chinasi CK2

Abstract

La CK2 è una chinasi S/T la cui attività aberrante è correlata ad una pletora di malattie umane, che vanno dal cancro alle infezioni virali e ai disturbi psichiatrici. Si tratta di un enzima costitutivamente attivo, senza un evidente meccanismo di regolazione e, sebbene in molti casi la sua attività patologicamente elevata possa essere spiegata da un’alta concentrazione di proteina CK2, le ragioni della sua anomala regolazione sono in gran parte sconosciute. È stato riportato che l'associazione della CK2 a specifiche proteine può aumentarne l'attività, ma non è mai stata condotta un'indagine dettagliata su questo possibile meccanismo di regolazione.

Oltre alla regolazione anomale, mutazioni del gene CK2 CSNK2A1 sono state recentemente descritte nei disturbi del neurosviluppo di Okur-Chung (OCNDS). Di alcuni di questi mutanti è stata riportata solo una caratterizzazione biochimica preliminare. Alcuni di questi mutanti sono stati prodotti in maniera ricombinante e i risultati preliminari mostrano che hanno un'attività ridotta.

Nell'ambito di questo progetto, ci proponiamo di sviluppare una nuova piattaforma basata sull'immobilizzazione delle proteine e su tecniche avanzate di cristallizzazione e caratterizzazione, compreso l'uso di radiazioni di sincrotrone, per eseguire studi strutturali/funzionali su:

1. Complessi di CK2 con proteine cellulari che dovrebbero produrre un effetto attivatore. Ciò consentirebbe di: (i) progettare molecole che prevengano tali interazioni, proteggendo così da un'attività aberrante della CK2; (ii) ottenere piccole molecole attivatrici della CK2, simulando le regioni interagenti, utili in caso di un livello troppo basso di CK2;
2. CK2 mutanti naturali recentemente trovati in pazienti OCNDS, per caratterizzare le proprietà biochimiche e i possibili cambiamenti conformazionali dei casi rilevanti, rispetto alla proteina wild-type, ed esplorare ipotesi di futuri interventi terapeutici.

Le tre unità di ricerca (UniPD, UniGE e UniBO) contribuiranno sinergicamente in base alle loro specifiche competenze. Il progetto è organizzato in 4 workpackages (WP): produzione di CK2 (wild-type e mutanti naturali) e dei suoi possibili partner attivatori, caratterizzazione biochimica ed esperimenti di validazione in cellule (WP1); studi di stabilità e morfologici su selezionati partner attivatori di CK2 (WP2); determinazione strutturale dei complessi CK2 più stabili e dei suoi mutanti naturali mediante diffrazione di raggi X applicando la cristallizzazione attraverso il metodo Langmuir-Blodgett nanotemplate o l'uso di superfici funzionalizzate, e/o mediante tecniche complementari in soluzione come lo Small Angle X-ray Scattering e la microscopia crioelettronica (WP3); gestione, divulgazione e valorizzazione dei risultati del progetto (WP4).

Si prevede che i risultati di questo progetto avranno un elevato impatto in campo biomedico, non solo per migliorare le conoscenze su una chinasi fortemente implicata in varie patologie, ma anche per identificare nuove possibili strategie terapeutiche.

Responsabile scientifico per il Dipartimento

Prof.ssa Simona Fermani (responsabile locale)

Partnership

Alma Mater Studiorum - Università di Bologna (Italy)
Università degli Studi di PADOVA
Università degli Studi di GENOVA