X-ray absorption spectroscopy: a powerful tool for structural studies of molecules involved in the pathogenesis of neurodegenerative diseases

摘要

Questa tesi descrive l’applicazione della spettroscopia di assorbimento dei raggi X allo studio di sistemi biologici che sono particolarmente interessanti per la loro rilevanza biomedica.udSi usa una combinazione della XAS e di altre tecniche sperimentali per studiare tre classi di molecole (i peptidi Aβ, la proteina prionica e la neuromelanina) coinvolte nella patogenesi delle malattie neurodegenerative.udI peptidi Aβ sono la principale componente delle placche amiloidi, che costituiscono una delle lesioni caratteristiche osservate nel cervello dei malati di Alzheimer. È stato osservato che le placche amiloidi contengono elevate concentrazioni di ioni metallici quali Cu e Zn. Si effettuano misure di densità ottica, di spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier e di XAS per determinare la struttura atomica locale dei siti di legame dei metalli. Gli esperimenti mostrano che Cu e Zn hanno ruoli diversi nel processo di aggregazione, ed in particolare che lo Zn è più efficace del Cu nel promuoverla.udLa proteina prionica è coinvolta nella patogenesi di una classe di malattie neurodegenerative infettive. In particolare, la conversione di questa proteina dalla sua forma normale alla cosiddetta forma scrapie causa l’enecefalopatia spongiforme trasmissibile. Si è osservato che la regione N-terminale della proteina prionica ha un’elevata affinità per metalli quali Cu e Zn. Gli esperimenti XAS descritti in questa tesi mostrano che il modo di coordinazione del Cu dipende dalla presenza di ioni Zn e che, pur non essendo lo Zn in grado di rimuovere il Cu legato alla proteina, è in grado di modificarne il modo di coordinazione.udLa neuromelanina è una molecola che si accumula nei neuroni soggetti a processi neurodegenerativi nelle persone affette dalla malattia di Parkinson. La XAS è qui utilizzata per studiare la coordinazione dello zolfo nella neuromelanina umana, in alcune melanine sintetiche ed in due composti modello contenenti zolfo, la cisteina ed il tricocromo C. Sulla base di fit della neuromelanina umana e delle melanine sintetiche in termini dei composti modello, si riconosce la presenza di modi di coordinazione dello zolfo simili a quelli sia della cisteina, sia del tricocromo, e si quantifica la loro abbondanza relativa.udInfine, la XAS è utilizzata per studiare un problema non connesso alla patogenesi di una malattia neurodegenerativa, ovvero la mancanza di prolidasi. La prolidasi umana è un enzima importante nelle fasi finali del metabolismo delle proteine, e la sua carenza o il suo mancato funzionamento sono alla base di una grave malattia. Nel presente tesi si usa la XAS per determinare il sito di legame di Mn e Zn, mostrando la presenza di un sito di legame dimetallico nella forma attiva della proteina.