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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • CHEMISTRY; METALLURGY
    • BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
      • MICRO-ORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF (biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, containing micro-organisms, viruses, microbial fungi, enzymes, fermentates or substances produced by or extracted from micro-organisms or animal material A01N63/00; food compositions A21, A23; medicinal preparations A61K; chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings, absorbent pads or surgical articles A61L; fertilisers C05); PROPAGATING, PRESERVING OR MAINTAINING MICRO-ORGANISMS (preservation of living parts of humans or animals A01N1/02); MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA (micro-biological testing media C12Q)
  • HUMAN NECESSITIES
    • MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
      • DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION (analysing biological material G01N, e.g. G01N33/48; obtaining records using waves other than optical waves, in general G03B42/00)
Classificazione geografica
Bibliografia
References

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51. Reconditi, M., Linari, L., Lucii, L., Stewart, A., Sun, Y.-B., Boesecke, P, Narayanan, T., Fischetti, R. F., Irving, T., Piazzesi, G., Irving, M. & Irving, M. (2004). Nature 428, 578-581.
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Parole Chiave
MUSCOLO STRIATO; MECCANICA MUSCOLARE; RELAZIONE STRUTTURA-FUNZIONE; DINAMICA STRUTTURALE DEL MUSCOLO; ACCOPPIAMENTO CHEMO-MECCANICO NELLA MIOSINA MUSCOLARE; MIOSINA DI CLASSE II; ISOFORME DELLA MIOSINA; PROTEINE REGOLATORIE; TROPONINA

Trasduzione chemomeccanica nelle miosine sarcomeriche: uno studio integrato biofisico e biochimico del motore molecolare del muscolo striato dalla cellula alla singola molecola

Università degli Studi di Firenze
Abstract
Scopo del programma di ricerca è lo studio dei meccanismi molecolari alla base della contrazione nel muscolo striato e della sua regolazione. Non è ancora noto in dettaglio né il meccanismo con cui l'energia liberata dall'idrolisi dell'ATP sul sito catalitico della miosina viene trasformata in lavoro, né il meccanismo con cui le proteine regolatorie controllano l'interazione actomiosinica, né è stata definita l'origine strutturale delle differenze funzionali delle isoforme della miosina. L'esperienza delle quattro Unità di Ricerca (RU, Bottinelli, 1, Lombardi, 2, Poggesi, 3 e Reggiani, 4) impegnate in questo progetto permetterà di affrontare questi problemi con un approccio integrato dalla cellula alle singole molecole. Gli scopi del progetto sono:
1. Definire le caratteristiche meccaniche e strutturali del motore miosinico, allo scopo di capire le basi molecolari dell'energetica e dell'efficienza del muscolo. Gli esperimenti saranno eseguiti sia su singole fibre muscolari intatte (RU 2), sia su singole molecole o miofilamenti (RU 1, 2, 4). Nel primo caso metodi di meccanica ad alta risoluzione saranno combinati con la dinamica strutturale usando la diffrazione a raggi X a piccolo angolo (SAXS, sincrotroni ESRF, Grenoble, Francia e APS, Argonne, IL, USA), o la generazione di seconda armonica (SHG, Laboratorio Europeo di Spettroscopie Non Lineari, LENS, Firenze); nel secondo caso saranno usate tecniche di misura di singola molecola (pinzette laser o trappola ottica >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Vincenzo LOMBARDI Università degli Studi di FIRENZE
Obiettivo del Programma di Ricerca
Scopo del presente progetto è lo studio del meccanismo molecolare della contrazione nel muscolo striato. La forza e l'accorciamento sono generati dalle interazioni cicliche delle teste della miosina, che protrudono dal filamento spesso, con il filamento di actina. In ciascuna interazione l'energia liberata dall'idrolisi dell'ATP nel sito catalitico della testa della miosina è convertita in lavoro attraverso una modifica strutturale della testa (il working stroke) che, secondo il modello cristallografico, consiste nella rotazione del dominio delle catene leggere (il braccio di leva) con fulcro nel dominio catalitico saldamente attaccato all'actina. Molti aspetti dello schema di azione del motore miosinico e della sua regolazione sono ancora da definire. Noi ci proponiamo di risolvere le questioni rimaste dal precedente progetto (MIUR 2002-2004) e estendere l'indagine a aspetti nuovi. Gli esperimenti sono programmati con un approccio integrato dalla cellula alla singola molecola per definire i seguenti punti:
A. L'energia liberata nell'interazione actomiosinica e la sua dipendenza dal carico, problemi che sono risolvibili solo con la definizione della forza per singola interazione, della funzione cooperativa dei motori miosinici che lavorano in parallelo nell'emisarcomero e della loro relazione sterica con i siti di actina.
B. Relazione tra passi meccanici e passi biochimici nel ciclo actomiosinico di idrolisi dell'ATP, con particolare interesse alla liberazione >>>

Risultati parziali attesi
I risultati attesi alla fine della Fase 1, separati secondo i punti elencati nella sezione obiettivo, sono i seguenti:

A) ENERGIA LIBERATA NELL'INTERAZIONE ACTOMIOSINICA E LA SUA DIPENDENZA DAL CARICO.
1. Determinazione da parte della RU 2 degli effetti della temperatura, e quindi della forza isometrica, sull'intensità e sulla struttura fine delle riflessioni miosiniche, e sull'intensità delle riflessioni basate sull'actina. Interpretazione dei dati tramite il modello cristallografico della testa della miosina integrato nel modello meccanico-strutturale del sarcomero. Valutazione del ruolo dell'organizzazione polimerica del motore miosinico e degli effetti della cedevolezza dei filamenti.
2. Definizione da parte della RU 2 della dipendenza dalla temperatura dell'ampiezza e velocità della fase 2 del transiente di velocità evocato da step di forza. Sarà così possibile valutare la massima energia ed efficienza del motore miosinico. Definizione della cinetica che presiede alla transizione alla fase 4 del transiente di velocità. Definizione del modello meccanico cinetico dei cross-bridges e sua relazione con i passi del ciclo meccanochimico.

B. RELAZIONE TRA PASSI MECCANICI E PASSI BIOCHIMICI NEL CICLO ACTOMIOSINICO DI IDROLISI DELL'ATP.
Realizzazione e applicazione del sistema per il jump di temperatura in miofibrille (RU 3). Definizione da parte delle RU 1, 2, 3 della cinetica che controlla il passo che implica la liberazione >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
ASPETTI ENERGETICI E STRUTTURALI DELLA CONTRAZIONE MUSCOLARE.
La capacità di generare forza e accorciamento nel muscolo è dovuta ad un motore molecolare, la miosina di classe II, polimerizzato in miofilamenti. In ciascun emisarcomero del muscolo striato i filamenti spessi di miosina, che si dipartono dalla linea M al centro della banda A, sono parzialmente sovrapposti a fasci di filamenti sottili di actina, che si dipartono dalla linea Z al centro della banda I. Forza e accorciamento durante la contrazione sono generati da interazioni cicliche tra la porzione globulare della miosina (la testa), che protrude dal filamento spesso, e i filamenti sottili adiacenti nella zona di sovrapposizione. In ciascuna interazione la forza si genera in seguito ad un cambiamento conformazionale (il working stroke) correlato all'idrolisi dell'ATP. La descrizione della struttura cristallografica della testa della miosina ha fornito un modello del working stroke con risoluzione atomica (12, 19, 48, 49). La testa della miosina è costituita da una porzione globulare, il dominio catalitico (CD) e da una regione allungata, il dominio delle catene leggere (LCD), formato da un'alfa-elica lunga 9.5 nm. Il working stroke consiste in un movimento di rotazione del LCD imperniato, nella regione del converter, sul CD saldamente attaccato all'actina. La lunghezza del LCD che agisce come un braccio di leva amplifica il movimento generando un grande spostamento assiale a livello della giunzione con la >>>