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Studio computazionale delle interazioni fra il sistema PPAR e molecole di interesse alimentare

Informazioni tesi

  Autore: Vita Zito
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2015-16
  Università: Università degli Studi di Parma
  Facoltà: Scienze e Tecnologie Alimentari
  Corso: Scienze e tecnologie agroalimentari
  Relatore: Pietro Cozzini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 120

Il recettore PPAR appartiene alla grande superfamiglia dei recettori nucleari, insieme ai recettori degli estrogeni, del progesterone, degli androgeni e molti altri, ed è presente in tre isoforme con differente localizzazione tissutale. Essi sono implicati nel metabolismo del glucosio e degli acidi grassi, quindi nell’omeostasi energetica del nostro organismo, ma controllano anche geni implicati in vari processi fisiologici come la differenziazione e proliferazione cellulare, l’infiammazione e l’angiogenesi.
In questo lavoro di tesi si è focalizzata l’attenzione sui recettori PPAR dal punto di vista dell’industria alimentare, cercando di caratterizzarli come target recettoriali in modo da poter indagare le modalità di interazione con sostanze chimiche di interesse alimentare: molecole che possono essere presenti negli alimenti naturalmente o per contaminazione fungina, oppure che possano generarsi o venire a contatto con essi durante le fasi della produzione o del packaging.
Alcune di queste molecole sono molto utilizzate in ambito chimico-industriale, ma sono sospettate di essere interferenti endocrini e sono state inserite dagli stati membri nella lista delle sostanze chimiche sospette che verranno valutate nel corso di questi anni. Altre molecole, di cui si è andati ad indagare l’affinità con questi recettori, sono tossine fungine e inchiostri (Itx e benzofenoni) di cui si occupa da anni il dipartimento di Scienze degli Alimenti dell’Università degli Studi di Parma.
Questo progetto di tesi si inserisce in un progetto di ricerca più ampio, il progetto LIFE - EDESIA (Endocrine disruptors in silico/in vitro – Evaluation and Substitution for Industrial Applications), coordinato dall’Istituto Superiore di Sanità (ISS), in collaborazione con l’Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri e l’Università di Napoli “Federico II” e finanziato dalla Commissione Europea. L’obiettivo del progetto Life - Edesia è quello di dimostrare l’applicabilità di un'innovativa ed efficiente (in termini di costi e tempi) strategia integrata in silico/in vitro per la sostituzione di Interferenti Endocrini con sostanze che presentano analoghe caratteristiche tecnologiche e minori pericoli per la salute, promuovendo così le basi scientifiche del principio di sostituzione, seguendo le raccomandazioni dell’EFSA e dell’WHO e in accordo con i requisiti del REACH, un regolamento dell'Unione europea adottato per migliorare la protezione della salute dell'uomo e dell'ambiente dai rischi delle sostanze chimiche.
Il regolamento promuove altresì metodi alternativi per la valutazione dei pericoli che le sostanze comportano allo scopo di ridurre il numero di test effettuati sugli animali (ISS). Esiste già una lista di sostanze potenzialmente sostitutive, ma spesso mancano i dati relativi alla loro eventuale tossicità.
Lo scopo della tesi è stato quello di mettere a punto alcuni protocolli di docking molecolare e valutarne la capacità di predire l’affinità di legame di composti di varia natura di cui è nota l’affinità con i tre sistemi PPAR. La messa a punto e valutazione del metodo sono funzionali all’utilizzo dei modelli per la predizione dell’affinità da parte di sostanze per le quali non si dispone del dato sperimentale e che fanno parte di questa lista di sostanze potenzialmente sostitutive. Il docking è stato condotto utilizzando le strutture cristallografiche disponibili nelle banche dati. Nell’elaborato vengono discusse le analisi preliminari che sono state condotte al fine della messa a punto dei protocolli di docking e della valutazione dei risultati: si è partiti dalla ricerca bibliografica dei composti per i quali fosse nota l’affinità, proseguendo poi con la preparazione della struttura cristallina dei recettori PPAR per il docking dei ligandi ad affinità nota, la messa a punto ed applicazione dei protocolli di docking e analisi dei risultati.
Non è stato possibile validare il modello tramite il confronto con i dati sperimentali, ma questo è dovuto al fatto che i dati presenti in letteratura sono pochi ed eterogenei, spesso ottenuti da laboratori diversi con differenti risultati e perciò estremamente variabili (deviazione standard elevata). Per aumentare l’accuratezza e la precisione del modello bisognerebbe ottenere dei dati sperimentali più precisi e affidabili, così da migliorarne la validazione. Si è deciso comunque di proseguire nell’analisi delle molecole de novo, in quanto questa modalità d’analisi, ossia l’utilizzo di Gold per il docking e il successivo rescoring con Hint, è stata già utilizzata con successo su altri membri della superfamiglia dei recettori nucleari.
I risultati ottenuti hanno messo in mostra l’affinità di alcune delle sostanze indagate con il recettore, ma bisogna migliorare il modello predittivo approfondendo il ruolo delle molecole d’acqua e della flessibilità del sito di binding del recettore PPAR.

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7 Nell’era moderna il progresso dei sistemi informatici e computazionali ha rivoluzionato il mondo della ricerca e ha portato allo sviluppo di una nuova disciplina: il Molecular Modeling o Modellazione Molecolare. Questa disciplina consente, tramite lo sviluppo e l’utilizzo di software e sistemi computazionali, di mimare il comportamento di molecole e sistemi molecolari in maniera più o meno semplificata e approssimata, ma funzionale alle rappresentazioni delle proprietà molecolari d’interesse. Il settore del Molecular Modeling è in rapida espansione: sempre più ricercatori, con l’aiuto di programmatori informatici, si stanno impegnando nel creare strumenti che, attraverso l’utilizzo di algoritmi di calcolo e force fields, siano capaci di predire e descrivere fenomeni biologici in tempi relativamente brevi. Tutto questo ha portato alla necessità di archiviare l'enorme mole di dati che la moderna ricerca biologica produce grazie al progresso tecnologico recente: sono nate così banche dati specializzate che, da un lato vanno mantenute, gestite e aggiornate, ma dall’altro permettono di reperire informazioni in modo automatico e veloce. Molteplici sono i vantaggi del Molecular Modeling, tra cui quello di ricavare informazioni per le varie biomolecole utili nella progettazione di farmaci e nuove molecole in settori diversi, in particolare nell'agro- alimentare e cosmetico. Nell’ultimo decennio un numero crescente di ricerche per individuare queste molecole sono state condotte sostituendo provette e reagenti con le analisi in silico, cioè condotte tramite simulazione al computer, che combinano il virtual screening con altri strumenti di calcolo che fanno previsioni sull’attività dei singoli composti, per esempio la loro capacità di legarsi a determinate proteine target. In questo modo è possibile ridurre l’impiego di sistemi modello animale, un tema etico molto sentito nei paesi occidentali. Questo, insieme al risparmio di tempo e risorse, spiega il motivo per cui la «dry biology» (analisi computazionale) si sta sempre più affermando come una possibile alternativa alla «wet biology» (esperimenti in vitro e in vivo). C’è da dire, però, che anche gli strumenti computazionali hanno i loro limiti: per testare questa grande quantità di molecole, i calcoli potrebbero impiegare ore o giorni e i risultati sono pur sempre delle previsioni che vanno poi convalidate in laboratorio. Perciò la soluzione ideale sarebbe quella di accoppiare le predizioni computazionali con i test sperimentali, in modo che ogni metodica con i suoi pro riesca a moderare i limiti dell’altra: le approssimazioni dei metodi in silico possono essere migliorate con la precisione dei test in wet e, viceversa, la dispendiosità di questi può essere ridotta con l’economicità della dry biology.

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