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. Recentemente, il gruppo di ricerca ha iniziato una collaborazione con scienziati del Rensselaer Polytecnical Institute (Troy, NY, USA) avente l’obiettivo di sviluppare farmaci in grado di inibire le due proteasi responsabili della virulenza di coronavirus, ad in particolare di SARS-CoV-2.

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,  RTD-a

Arundhati Paul, Assegnista di ricerca

Simone Albani, Assegnista di Ricerca

Laura Rigobello, Dottoranda

Giorgia Frumenzio, Dottoranda

Claudio Pino, Dottorando

Noemi Carosella, 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

• 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" Metallomics (2023) 15:mfad003
• Beniamino, V. Cenni, M. Piccioli, S. Ciurli, B. Zambelli “The Ni(II)-binding activity of the intrinsically disordered region of human NDRG1, a protein involved in cancer development” (2022) Biomolecules 12(9):1272.
• Camporesi, A. Minzoni, L. Morasso, S. Ciurli and F. Musiani "Nickel import and export in the human pathogen Helicobacter pylori, perspectives from molecular modelling" Metallomics (2021) 13:mfab066
• Masetti, M. Bertazzo, M. Recanatini, S. Ciurli and F. Musiani "Probing the transport of Ni(II) ions through the internal tunnels of the Helicobacter pylori UreDFG multimeric protein complex" J. Inorg. Biochem. (2021) 223:111554
• Mazzei, M. Cianci, S. Benini and S. Ciurli "The structure of the elusive urease-urea complex unveils the mechanism of a paradigmatic nickel-dependent enzyme" Angew. Chem. Int. Ed. (2019) 131:7493-7497