Dottorato in BIOCHIMICA

Titolo della tesi: Interdomain communication in protein folding and allostery - the case of Grb2 protein

Le proteine si sono evolute aumentando la loro complessità strutturale attraverso la combinazione di più domini. La maggior parte delle proteine è multidominio: due terzi di tutte le proteine procariotiche e oltre l’80% di quelle eucariotiche contengono più di un dominio. Sebbene le proteine multidominio costituiscano la maggior parte del proteoma, le ricerche biofisiche su questi sistemi complessi sono iniziate solo di recente. Questo studio presenta due esempi che mostrano come il comportamento di un singolo dominio cambi nel suo naturale contesto multidominio. Il sistema sperimentale utilizzato è stata la proteina adattatrice Grb2, composta da un dominio SH2 centrale affiancato da due domini SH3. Nella prima parte dello studio, è stato esplorato come il dominio SH2 influenzi l’attività di legame del dominio C-SH3, utilizzando un approccio che combina mutagenesi e misurazioni biofisiche rivelando interazioni allosteriche all’interno della proteina multidominio. Questo studio evidenzia come gli effetti allosterici di Grb2 siano sottili e osservabili solo mediante un’analisi approfondita, che ha permesso di individuare un sito allosterico localizzato all’interfaccia tra i domini SH2 e C-SH3. Tale sito potrebbe rappresentare un potenziale target per modulare la selettività del dominio C-SH3. Da queste osservazioni si può dedurre che Grb2 non agisca come un semplice adattatore passivo, ma come un integratore attivo di segnali, capace di regolare la propria funzione attraverso una modulazione allosterica specifica mediata da comunicazioni interdominio. La seconda parte della tesi si concentra sul confronto dei percorsi di folding di Grb2 a lunghezza intera e del dominio SH2 espresso in isolamento. Il dominio isolato si ripiega generalmente secondo un paesaggio energetico minimamente frustrato, nel contesto multidominio le interazioni tra domini possono modificare il pattern di frustrazione, aumentando la probabilità di stati mal ripiegati. Sebbene l’organizzazione modulare aumenti la versatilità funzionale delle proteine, introduce anche una maggiore complessità nel processo di folding, in quanto i domini devono affrontare non solo i propri paesaggi energetici intrinseci, ma anche possibili interazioni inter-domini. Esperimenti cinetici di unfolding e refolding, combinati con Φ-value analysis e studi in silico, hanno permesso di identificare i pattern responsabili del misfolding di Grb2, fornendo nuove informazioni sui meccanismi di comunicazione e coordinazione tra domini in sistemi multidominio complessi.