Dipartimento di Chimica

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1 UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI SASSARI Dipartimento di Chimica Via Vienna 2, Sassari, Italy Tel , Fax P.I Soggetto Proponente Ragione Sociale: Università degli Studi di Sassari Dipartimento di Chimica Indirizzo: Via Vienna 2, Sassari Telefono: , Fax , Rappresentante legale: il Rettore, Prof. Alessandro Maida Referente per il Programma: Prof.ssa Maria Antonietta Zoroddu Tipologia: Università Breve Presentazione del Soggetto Proponente Il Dipartimento di Chimica dell Università di Sassari è nato nel 1987 a seguito della fusione di cinque Istituti Chimici facenti capo alla Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali. Attualmente vi afferiscono 37 docenti, supportati da 4 tecnici dell area amministrativa, 1 dell area bibliotecaria, 3 dell area scientifica. Molti dei ricercatori del Dipartimento svolgono la loro attività nell ambito della Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali, ma sono presenti anche docenti di Farmacia ed Economia. Le tematiche di ricerca che caratterizzano il Dipartimento sono influenzate primariamente dalle esigenze didattiche che hanno portato all istituzione del Corso di Laurea in Chimica: Chimica Analitica, Chimica Merceologica, Chimica Fisica, Chimica Generale e Inorganica, Chimica Industriale e Chimica Organica, e possono essere riassunte nelle seguenti linee di ricerca: - Chimica Organica e Bio-organica; - Chimica Organica e Organometallica: Sintesi, Reattività e Stereochimica; - Chimica dei Composti di Coordinazione, Chimica Bio-inorganica, Derivati Metallorganici e loro Applicazioni; - Chimica Fisica e Computazionale; - Progettazione, Sintesi e Proprietà di Nuovi Materiali per Applicazioni Tecnologiche; Inertizzazione di Composti Tossici e Riciclo Mediante Reazioni Solido-Gas; - Applicazione di Metodologie Chimiche Analitiche a Sistemi Macrobiologici e Ambientali; - Processi a Basso Impatto Ambientale ed Energie Rinnovabili; - Metodologie Chimiche per la Qualificazione di Prodotti Agroalimentari. L attività del Dipartimento è documentata dall elevato numero di lavori scientifici sulle riviste più qualificate dei relativi settori di appartenenza, caratterizzate da un elevato Impact Factor e da un elevato numero di citazioni. I risultati delle ricerche (individuali o in collaborazione) consistono, sul piano regionale, in una serie di collaudati rapporti con le Istituzioni del territorio, a partire dagli organi della Regione Autonoma della Sardegna, arrivando a comprendere gli Enti pubblici, privati e le Industrie (ENEL- SS, ENI-Syndial-SS, Comune di Sassari, Associazioni Produttori Mirto, Stazione Sperimentale del Sughero-SS, CNR-Istituto di Chimica Biomolecolare-SS, IZCS Bonassai-SS, Menarini). 1

2 2. Programma di Inserimento Lavorativo Titolo del Programma Metalli tossici e cancerogeni e loro interazioni con target cellulari: studi di Risonanza Magnetica Nucleare Obiettivi La ricerca scientifica compiuta negli ultimi decenni e impegnata nella comprensione e nella cura di un gran numero di patologie umane dagli esiti anche mortali, ha messo in evidenza come alcuni dei meccanismi che portano allo sviluppo e alla proliferazione di malattie croniche siano molto spesso legati all interazione o alla mancata interazione di specifiche proteine con determinati metalli della serie di transizione. Sebbene gli ioni metallici siano, come le proteine, i lipidi, i carboidrati e le vitamine, elementi essenziali alla vita, essi sono tuttavia fortemente implicati in eventi patologici relazionati sia con la loro deficienza ma soprattutto con il loro anormale accumulo nei tessuti, con conseguenti fenomeni di sclerosi laterale amiotropica o fenomeni neurodegenerativi quali morbo di Alzheimer, di Parkinson, di Huntingtons, oppure le sindromi di Menkes e Wilson legate all accumulo del rame nei tessuti. Inoltre un aumento dell incidenza di tumori a seguito dell esposizione a metalli pesanti è stato recentemente collegato all inalazione e all ingestione di particolato e aerosoli contenenti tali inquinanti. Preoccupano pertanto la crescita delle emissioni di metalli pesanti nell ambiente, sia di tipo naturale che industriale, e le conseguenze che il loro accumulo all interno del corpo umano possono comportare. Il nichel, ad esempio, è stato indicato come concausa di tumori alla pelle e allo stomaco, ma anche diretto responsabile, specialmente sotto forma di particelle insolubili, di fenomeni genotossici. Studi effettuati negli ultimi anni hanno rivelato che il nichel si lega in maniera efficace a proteine nucleari come gli istoni, modificandone la struttura e impedendo il regolare processo di trascrizione dell informazione genetica. Inoltre il nichel è in grado di stimolare nelle cellule, in maniera estremamente selettiva, la produzione di una proteina chiamata Cap43 che è stata osservata in concentrazioni molto elevate nei tessuti di diversi tipi di tumore. E quindi chiaro che esista una relazione molto stretta tra il nichel e i meccanismi coinvolti nello sviluppo tumorale. La messa a punto di strategie farmacologiche o genetiche mirate alla cura di queste e altre patologie non può quindi prescindere da uno studio dettagliato della struttura delle proteine coinvolte, della loro funzione fisiologica all interno del compartimento cellulare, dalla natura delle loro interazioni con i metalli pesanti e dai meccanismi molecolari che innescano la comparsa di tali malattie. 2

3 Spesso le proteine sotto indagine sono molecole di notevoli dimensioni, complesse da studiare in quanto composte di numerosi domini, per cui negli stadi iniziali dello studio si rende necessario individuare e costruire un modello che possa conservare le funzioni della molecola originaria pur diminuendone il grado di complessità, in modo da eliminare interazioni secondarie e semplificare quindi il processo di riconoscimento di quelle che sono effettivamente responsabili dell insorgere della malattia. Partendo da questi dati preliminari si può successivamente estendere lo studio ad una porzione maggiore della proteina o all intera molecola sotto esame. Le tecniche di elezione nello studio delle interazioni proteina-metallo sono quelle basate sulla spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare, in quanto consentono l osservazione di una molecola in condizioni che possono essere rese molto simili a quelle in cui essa si trova all interno dell organismo umano, cioè in soluzione acquosa e con determinate caratteristiche di ph, temperatura, presenza o meno di elettroliti, ecc. Gli esperimenti NMR condotti sulle proteine e sui loro complessi metallici richiedono la conoscenza di tecniche eteronucleari ( 1 H, 2 H, 13 C, 15 N) e di acquisizione di spettri multidimensionali (1D, 2D e 3D). E inoltre necessario poter assegnare correttamente le risonanze registrate in modo da identificare i singoli amminoacidi componenti le proteine, la loro sequenza all interno della molecola e le modificazioni del loro intorno a seguito dell interazione con i metalli. All interno di questo progetto di ricerca il Beneficiario del voucher dovrà individuare e studiare proteine legate a meccanismi di tossicità, cancerogenicità, sviluppo di sindromi e malattie croniche, in cui siano coinvolti i metalli della serie di transizione, particolarmente il nichel e il rame, e di svelare sia le modalità della loro interazione con i metalli, sia le variazioni strutturali ad essa connesse, sia, infine, i percorsi molecolari con cui la malattia diventa tale. Oltre alle sopramenzionate proteine istoniche e alla proteina Cap43, che verranno fatte oggetto di studio dal Beneficiario, si intende quindi estendere la ricerca a nuovi target cellulari dei metalli, allo scopo di approfondire le conoscenze sulla loro funzione e reattività all interno dell organismo umano. Il Beneficiario del voucher dovrà utilizzare ai fini dell indagine scientifica tecniche di Risonanza Magnetica multidimensionale eteronucleare ad elevata risoluzione su spettrometri NMR Bruker Avance ad alto campo (400, 500, 600, 700 MHz) per la determinazione della struttura tridimensionale di proteine in soluzione e per lo studio dell interazione tra proteine e partner metallici. Condurrà esperimenti multidimensionali tipo 15 N HSQC, CBCA(CO)NH, CBCANH, HNHA, HNHB, HCCH TOCSY, HNCO, ed eventualmente 15 N HSQC-NOESY, 13 C HSQC- NOESY su proteine marcate ( 13 C e 15 N), per l assegnamento delle risonanze del backbone e delle catene laterali, e per l individuazione dei vincoli conformazionali (NOE, ROE, angoli di torsione, costanti di accoppiamento, legami ad idrogeno) necessari alla determinazione della struttura terziaria delle proteine. Si avvarrà di software per il calcolo strutturale DYANA (Dynamics algorithm for NMR application) nella determinazione della struttura tridimensionale di proteine, e di programmi per la minimizzazione (AMBER) e per il raffinamento e l analisi (PROCHECK) delle strutture finali. Affiancherà inoltre alla spettroscopia NMR altre tecniche potenziometriche e spettroscopiche convenzionali (es. CD, UV-vis), per il completamento della caratterizzazione delle specie allo studio. Attività Previste Le attività di ricerca previste consistono nell individuazione della molecola target per l interazione con gli ioni metallici, l estrazione della proteina in esame da fonti biologiche ove possibile, oppure la sintesi di laboratorio dell intera proteina o di un suo frammento-peptide modello, lo studio via NMR ed altre tecniche potenziometriche e spettroscopiche (es. CD, UV-vis) della molecola allo stato libero e successivamente delle sue interazioni con il metallo, l assegnamento delle risonanze registrate, il calcolo della struttura della molecola e del suo complesso metallico, la previsione dei meccanismi coinvolti nello sviluppo della patologia associata alla proteina target. Risultati Attesi 3

4 Lo scopo della ricerca è quello di spiegare, attraverso lo studio di determinate proteine e delle loro interazioni con i metalli, come tali interazioni possano sfociare nello sviluppo di tumori o altre malattie. I risultati ottenuti saranno in grado di facilitare la comprensione dei meccanismi molecolari coinvolti nell insorgenza di queste patologie. Piano di Lavoro Le fasi di ricerca relative al progetto presentato comprendono: - individuazione delle proteine target e dei loro partner metallici - sviluppo di un modello affidabile per avviare gli studi preliminari di interazione con il metallo - determinazione del sito di interazione metallo-proteina - determinazione delle variazioni strutturali derivanti da questa interazione - analisi dei dati spettroscopici - calcoli strutturali - estensione dello studio all intera proteina - comprensione dei meccanismi molecolari legati all insorgere della patologia Risorse Professionali impegnate Le Risorse Professionali impegnate saranno il Soggetto beneficiario di Borsa di Ricerca di durata biennale da svolgersi presso l Università degli Studi di Sassari, Dipartimento di Chimica, sotto la supervisione della Prof.ssa Maria Antonietta Zoroddu, Professore straordinario presso la Facoltà di Farmacia dell Università di Sassari. Risorse Finanziarie impegnate Le Risorse Finanziarie impegnate saranno una Borsa di Ricerca di durata biennale erogata con le modalità dell Assegno di Ricerca ai sensi dell art. 51, comma 6, legge , n. 449, come indicato nella Guida per la Partecipazione e l Attuazione del Programma, disponibile sul sito internet: paragrafo comma a), pagina 65. Ciascuna Borsa di Ricerca prevede l erogazione di un indennità forfetaria pari al 1200 euro/mese. Il Dipartimento di Chimica si impegna, nella persona della Prof.ssa Maria Antonietta Zoroddu, a partecipare finanziariamente alla realizzazione del Piano di Inserimento Lavorativo coprendo con propri fondi tutte le spese inerenti la ricerca in oggetto (missioni, materiale di consumo da laboratorio, partecipazione a workshop, seminari e congressi, etc.). 3. Piano di Inserimento Formativo Obiettivi Formativi e Professionali Il Soggetto beneficiario del voucher di ricerca, alla fine del periodo previsto acquisirà competenze specifiche nello studio delle proteine e delle loro interazioni con i metalli attraverso tecniche di Risonanza Magnetica non convenzionali, allo scopo di individuare i processi coinvolti nelle patologie ad esse legate. Tali competenze potrebbero consentirgli un inserimento lavorativo all interno della struttura proponente o in altre strutture di ricerca interessate all utilizzo delle tecniche e delle conoscenze apprese. Piano Analitico delle Attività Formative e Professionali Il Programma di Inserimento Lavorativo da noi proposto richiede l attivazione di una borsa di rientro per 24 mesi. Il Soggetto beneficiario dovrà effettuare un lavoro di survey atto ad identificare 4

5 possibili nuove proteine target per lo studio delle loro interazioni con i metalli, allo sviluppo di eventuali modelli da utilizzare nelle analisi di tali interazioni, e al calcolo di modelli strutturali per la comprensione dei legami che si vengono a creare tra tali proteine e gli ioni metallici. Inoltre dovrà proseguire nello studio delle proteine istoniche e della Cap43 in modo da approfondire i meccanismi coinvolti nello sviluppo dei tumori ad esse direttamente o indirettamente collegati. Requisiti professionali di entrata obbligatori a cui non viene attribuita alcuna valutazione - Laurea in Chimica - Dottorato in Scienze Chimiche o equivalente - Permanenza non inferiore a 12 mesi presso un centro di ricerca di qualità e reputazione riconosciuto a livello internazionale e dedicato alla ricerca chimica. Elementi valutabili dall Organismo Proponente sotto forma di griglia Requisiti Punteggio massimo attribuibile Tesi di Laurea e/o Tesi di Dottorato attinenti all argomento del progetto di ricerca 10 Pubblicazioni attinenti all argomento del progetto di ricerca (5 punti per ogni pubblicazione) 15 Esperienza di lavoro in gruppi di ricerca internazionali in relazione alle tematiche da sviluppare 5 Conoscenza delle tecniche di spettroscopia NMR eteronucleari e multidimensionali, e utilizzo di spettrometri NMR ad alto campo 10 Costi del Programma di Inserimento Lavorativo I costi del Programma di Inserimento Lavorativo saranno riferibili ad una Borsa di Ricerca di durata biennale erogata con le modalità dell Assegno di Ricerca ai sensi dell art. 51, comma 6, legge , n. 449, come indicato nella Guida per la Partecipazione e l Attuazione del Programma, disponibile sul sito internet: paragrafo comma a), pagina 65. Ciascuna Borsa di Ricerca prevede l erogazione di un indennità forfetaria pari al 1200 euro/mese. Partecipazione Finanziaria dell Organismo Proponente Il Dipartimento di Chimica si impegna, nella persona della Prof.ssa Maria Antonietta Zoroddu, a partecipare finanziariamente alla realizzazione del Piano di Inserimento Lavorativo coprendo con propri fondi tutte le spese inerenti la ricerca in oggetto (missioni, materiale di consumo da laboratorio, partecipazione a workshop, seminari e congressi, etc.). Piano di Valorizzazione Professionale del Beneficiario 5

6 Il Soggetto Beneficiario della Borsa di Ricerca parteciperà attivamente all individuazione, formulazione e realizzazione dei progetti di ricerca del Dipartimento di Chimica dell Università di Sassari riguardanti le tematiche sviluppate. Le competenze acquisite potrebbero consentirgli un inserimento lavorativo all interno della struttura proponente o in altre strutture di ricerca interessate all utilizzo delle tecniche e delle conoscenze apprese. Durata del Piano di Inserimento Lavorativo (mesi) Ventiquattro (24) mesi 6