Riassunto analitico
Il lavoro scientifico presentato in questa tesi di dottorato è incentrato sulla comprensione delle regole di base che governano tre processi biofisici importanti: i) ripiegamento corretto (folding) di molecole proteiche, ii) ripiegamento errato (misfolding) di molecole proteiche e iii) amiloidogenesi della proteina β2-microglobulina. Abbiamo usato un setup pinze ottiche a doppio fascio laser per studiare le traiettorie di folding e misfolding della proteina neuronal calcium sensor-1 (NCS-1). Un nuovo approccio sperimentale è stato utilizzato per elucidare l'effetto della concentrazione dello ione Ca2+ sulla probabilità di misfolding di questa proteina. L'analisi dei dati sperimentali è stata eseguita utilizzando metodi statistici avanzati, come ad esempio l’hidden Markov model, al fine di elucidare le caratteristiche salienti dei profili energetici delle traiettorie di ripiegamento corretto e non della NCS-1. In un progetto separato, modelli teorici sono stati sviluppati per descrivere quantitativamente le forze di taglio e le forze idrofobiche che agiscono su una proteina in un flusso laminare, allo scopo di chiarire i meccanismi molecolari alla base della amiloidogenesi della proteina β2-microglobulina. Il lavoro presentato in questa tesi è articolato in 5 capitoli, comprende 16 figure e un totale di 163 pagine.
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Abstract
The PhD work presented in this thesis is devoted to the understanding of the basic rules governing three major biophysical processes – protein folding, protein misfolding and amyloidogenesis. We have used a custom-built dual-beam optical tweezers set up to investigate the off- and on-pathway trajectories of the protein – human neuronal calcium sensor -1 (NCS-1). A novel experimental approach has been used to investigate the effect of Ca2+ concentration on the misfolding probability of the protein. The analysis of the single molecule data was carried out using advanced statistical tools, such as the hidden Markov model, to gain insight into the salient features of the energy landscapes underlying on- and off-pathway trajectories of NCS-1. In a separate project, theoretical models have been developed to describe quantitatively the shear and hydrophobic forces acting on a protein in a laminar flow, with the aim of elucidating the molecular mechanisms triggering amyloidogenesis of the protein
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