Aspetti evolutivi e strutturali dei tratti omopolimerici di alanina nelle proteine MeCP2 e PABPN1

This research has as its object the study of the variation in length of homopolymer traits of alanine (polyalanine, polyA) in two DNA-binding proteins (MeCP2) or RNA (PABPN1) during the evolution of vertebrates or in the human species as a consequence of genetic mutations with pathological significance. In particular, we have studied with bioinformatic approaches the evolutionary dynamics of the repeats of alanine and other amino acids (amino acid repeats, AAR) in the proteins MeCP2 and PABPN1, highlighting through biophysical analyzes of circular dichroism (CD) the structural consequences of the variation in length of their stretches of polyA. For MeCP2 we focused on a stretch of polyA in the central part of the protein, defining the structural impact of its evolutionary length variation. For PABPN1 we studied the effect of the expansion of the N-terminal polyA tract that causes oculo-pharyngeal muscular dystrophy (OPMD). In both cases we observed how the evolutionary or pathological expansion of the polyA tracts is associated with an increase in the stability of α-helical supersecondary structures of the coiled coil type. These results shed light on the structural and pathophysiological significance of the variation in length of alanine homopolymer repeats in nucleic acid binding proteins.

Questa ricerca ha come oggetto lo studio della variazione di lunghezza di tratti omopolimerici di alanina (polyalanine, polyA) in due proteine leganti il DNA (MeCP2) o l’RNA (PABPN1) durante l’evoluzione dei vertebrati o nella specie umana in consequenza di mutazioni genetiche con significato patologico. In particolare, abbiamo studiato con approcci bioinformatici le dinamiche evolutive delle ripetizioni di alanina e altri amminoacidi (amino acid repeats, AAR) nelle proteine MeCP2 e PABPN1, evidenziando attraverso analisi biofisiche di dicroismo circolare (CD) le conseguenze strutturali della variazione di lunghezza dei loro tratti di polyA. Per MeCP2 ci siamo focalizzati su un tratto di polyA nella parte centrale della proteina definendo l’impatto strutturale della sua variazione di lunghezza evolutiva. Per PABPN1 abbiamo studiato l’effetto dell’espansione del tratto di polyA N-terminale che causa la distrofia muscolare oculo-faringea (OPMD). In entrambi i casi abbiamo osservato come la espansione su base evolutiva o patologica dei tratti di polyA sia associata ad un aumento della stabilità di strutture supersecondarie α-elicali di tipo coiled coil. Questi risultati gettano luce sul significato strutturale e fisiopatologico della variazione di lunghezza delle ripetizioni omopolimeriche di alanina in proteine leganti gli acidi nucleici.