Il progetto affronta vari aspetti molecolari e cellulari legati alla patogenesi delle serpinopatie, una classe di malattie conformazionali ciascuna causata da mutazioni in una specifica serpina. La proposta è focalizzata sul deficit di alfa1-antitripsina (AATD) e sull¿angioedema ereditario (HAE), patologie dovute rispettivamente a mutazioni nei geni dell¿alfa1-antitripsina (AAT) e del C1-inibitore (C1-INH). Le serpine sono una famiglia di proteine con elevata omologia strutturale, coinvolte in diversi processi fisiologici, tipicamente come inibitori delle proteasi a serina. La flessibilità strutturale necessaria per l¿attività inibitoria rende queste proteine molto vulnerabili a mutazioni puntiformi, che spesso portano alla polimerizzazione delle serpine mutate nel reticolo endoplasmatico delle cellule di sintesi, con conseguente danno locale associato all¿accumulo di polimeri e difetto di secrezione con perdita della funzione inibitoria.
L'obiettivo generale di questo progetto è lo studio del meccanismo di polimerizzazione delle serpine e del ruolo che questo processo riveste nella patogenesi delle serpinopatie, con il fine a lungo termine di sviluppare strategie terapeutiche per contrastare questo fenomeno. Il primo obiettivo specifico del progetto è uno studio genetico comparato delle varianti associate a AATD e HAE. Un obiettivo centrale è quindi definire i motivi strutturali che regolano la polimerizzazione e chiarire se serpine diverse possano adottare strutture polimeriche diverse. Questo studio verrà svolto su varianti patologiche identificate mediante gli studi genetici o disegnate in silico tramite Dinamica Molecolare. Il destino delle serpine mutate e in particolare il processo di polimerizzazione nel reticolo endoplasmatico verrà studiato in modelli cellulari. In parallelo il meccanismo di polimerizzazione e la struttura dei polimeri saranno indagati in vitro mediante tecniche biofisiche.
La composizione del nostro gruppo è stata scelta per affrontare in modo multidisciplinare l¿intero ordine di problemi individuati dagli obiettivi precedenti, a partire dalla caratterizzazione strutturale e dinamica del processo di polimerizzazione in vitro fino allo studio in modelli cellulari di malattia. Abbiamo così costituito una piattaforma di ricerca multidisciplinare con competenze complementari, cliniche, genetiche, biofisiche e di biologia cellulare. Il progetto sarà svolto da una rete consolidata di ricercatori, per lo più giovani, che già collaborano attivamente. Mentre ogni unità di ricerca è caratterizzata da specifiche competenze tecniche e background scientifico, il piano sperimentale complessivo del progetto presenta una serie di attività interconnesse e richiederà un continuo scambio d¿idee, approcci metodologici e dati sperimentali. Il progetto si avvale anche di una rete estesa di collaborazioni nazionali ed internazionali d¿eccellenza.
La struttura e il meccanismo di crescita dei polimeri di serpine sono ancora dibattuti e non chiari. Tramite gli studi biofisici, ci aspettiamo di ottenere una serie di dettagli strutturali sulle conformazioni oligomeriche delle serpine e di dare quindi un considerevole contributo al dibattito sui modelli dei polimeri di serpina e sulla loro rilevanza fisiologica. La combinazione con gli studi cellulari darà un forte apporto alla comprensione del processo di polimerizzazione in vivo. Ci aspettiamo che i nostri studi contribuiscano ad una migliore comprensione della patogenesi di AATD e HAE, e in particolare al ruolo della polimerizzazione. Inoltre, siamo convinti che un approccio integrato su queste due malattie possa avere un impatto su altre serpinopatie. Infatti, tutte le serpinopatie, nonostante siano malattie rare, ciascuna caratterizzata da uno specifico quadro clinico, hanno una comune base molecolare, radicata nelle peculiari proprietà strutturali delle serpine.