Laboratorio di Chimica Bioinorganica. Coordinatore: Ciurli

Fig. 1: Esempi di proteine studiate nel Laboratorio di Chimica Bioinorganica e alcune delle tecniche impiegate.

Temi di ricerca del gruppo

Le proteine studiate sono isolate con tecniche di biologia molecolare, e la loro struttura è determinata utilizzando la spettroscopia NMR e la biocristallografia in modo complementare e sinergico con la spettroscopia di raggi X, il biomodeling, la chimica computazionale, la spettroscopia di fluorescenza, il light scattering (dinamico e multi-angolo) e la microcalorimetria.

I temi di ricerca attualmente in corso sono i seguenti:

1. Lo studio della struttura e della chimica dell'ureasi, un enzima contenente nichel, che catalizza l'idrolisi dell'urea a dare ioni ammonio e bicarbonato nell'ultimo stadio della biomineralizzazione dell'azoto organico. Inibitori dell'ureasi possono aumentare l'efficienza della fertilizzazione azotata con urea e diminuire gli effetti negativi delle infezioni dell'apparato gastrointestinale e urinario da parte di batteri patogeni ureolitici. La progettazione di inibitori efficienti, ed aventi minimo impatto ambientale e umano, necessita della struttura molecolare del sito attivo per lo structure-based molecular design.
2. Lo studio delle proteine accessorie dell’ureasi necessarie per il trasporto del nichel (UreE) e per l'assemblaggio in vivo del sito metallico (UreD, UreF, UreG) dell’ureasi è un tema importante del nostro gruppo, in quanto rappresenta una nuova possibilità di identificare nuovi possibili targets per il drug design. L’identificazione della struttura di queste proteine e delle loro interazioni, in presenza e in assenza di nichel e cofattori, è necessaria per comprendere il loro meccanismo di funzionamento e quindi come sia possibile modularlo ed eventualmente inibirlo con molecole dedicate.
3. L’omeoastasi del nichel nei batteri è studiata a livello trascrizionale, attraverso la determinazione della relazione struttura-funzione di regolatori trascrizionali metallo dipendenti (NikR, RcnR, SrnR) e di trasportatori di membrana di ioni nichel (NixA).
4. Il nichel è un carcinogeno di classe 1 a livello nasale e polmonare ed è un importante inquinante ambientale, presente in quantità significative nelle polveri sottili derivanti dall’inquinamento atmosferico. I meccanismi molecolare alla base della sua carcinogenicità sono ancora sconosciuti. Attraverso lo studio di proteine che legano nichel e che sono coinvolte nello sviluppo del tumore al polmone cerchiamo di comprendere come il nichel agisce a livello cellulare per indurre la trasformazione delle cellule. Questa comprensione è importante per disegnare molecole che agiscano per prevenire o curare questo tipo di tumore.
5. Studi sulle relazioni struttura - funzione di proteasi virali da SARS-CoV-2, Dengue virus e West Nile virus. La tematica di ricerca consiste nello svolgimento di studi strutturali e cinetici dell’attività delle proteasi virali e della loro inibizione, al fine di individuare nuove molecole come potenziali farmaci. La ricerca è svolta in collaborazione con scienziati del Rensselaer Polytecnical Institute (Troy, NY, USA).
6. Infine, recentemente è stato inaugurato un filone di ricerca dedicato allo studio della relazione struttura-funzione di varianti patogene di proteine cruciali per la respirazione cellulare, come il complesso I e il complesso III.

Per ulteriori informazioni, visita il nostro sito web.

Membri del Laboratorio

Stefano Ciurli, Professore ordinario

Francesco Musiani, Professore associato

Barbara Zambelli, Professoressa associata

Luca Mazzei,  RTT

Laura Rigobello, Dottoranda

Giorgia Frumenzio, Dottoranda

Claudio Pino, Dottorando

Noemi Carosella, Dottoranda

Sofia Ranieri, Dottoranda

Posizioni disponibili e progetti di internato

Per ulteriori informazioni, visita i siti web dei Prof. Stefano Ciurli,  Francesco Musiani, Barbara Zambelli, Luca Mazzei e il sito web del gruppo .

Pubblicazioni significative

• L. Mazzei;* S. Ranieri; D. Silvestri; R. Greene-Cramer; C. Cioffi; G. T. Montelione; S. Ciurli* “An isothermal calorimetry assay for determining steady state kinetic and Ensitrelvir inhibition parameters for SARS-CoV-2 3CL-protease” 2024, Nature Sci. Rep., 14, 32175
• L. Mazzei;* G. Tria; S. Ciurli; M. Cianci* “Exploring the conformational space of the mobile flap in Sporosarcina pasteurii urease by cryo-electron microscopy” 2024, Int. J. Biol. Macromol., 283, 137904
• L. Rigobello, F. Lugli, L. Caporali, A. Bartocci, J. Fadanni, F. Zerbetto, L. Iommarini, V. Carelli, A.M. Ghelli and F. Musiani "A computational study to assess the pathogenicity of single or combinations of missense variants on respiratory Complex I" 2024, Int. J. Biol. Macromol., 273:133086
• A. Pierro, K.C. Tamburrini, H. Leguenno, G. Gerbaud, E. Etienne, B. Guigliarelli, V. Belle, B.  Zambelli and E. Mileo "In cell investigation of the conformational landscape of the GTPase UreG by SDSL-EPR" 2023, iScience, 26:107855
• B. Zambelli, P. Basak, H. Hu, M. Piccioli, F. Musiani, V. Broll, L. Imbert, J. Boisbouvier, M.J. Maroney and S. Ciurli "The structure of the high-affinity nickel-binding site in the Ni,Zn-HypA•UreE₂ complex" 2023, Metallomics 15:mfad003