Il documento discute la creazione di un database web sui peptidi antimicrobici (AMPDB) per raccogliere informazioni riguardanti la loro attività contro vari patogeni. Viene anche analizzata l'influenza degli acidi grassi polinsaturi sulle membrane neuronali attraverso simulazioni computazionali per indagare l'elettroporazione. Questi studi mirano a sviluppare nuove molecole terapeutiche per affrontare disturbi neurologici, considerando il ruolo cruciale del DHA nella fluidità e funzionalità delle membrane neuronali.

1. UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Farmacia Corso di Laurea in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche STUDIO COMPUTAZIONALE DI MEMBRANE LIPIDICHE SOTTOPOSTE A STRESS CHIMICI E FISICI Relatore: Candidata: Dott. Stefano Piotto Piotto Edlira Graceni matr. 176/000166

2. Raccolta informazioni per la realizzazione di un nuovo Web Knowledge Database sui Peptidi Antimicrobici ( AMPDB ). Studio computazionale di membrane lipidiche sottoposte all’influenza di campi elettrici esterni.

3. Stiamo entrando nell’ Era “post-antibiotici”, nella quale gli attuali antibiotici, sempre più soggetti a fenomeni di resistenza batterica, verranno sostituiti da nuove molecole attive. Tra i potenziali candidati vi sono i Peptidi Antimicrobici (AMPs), estratti da una vasta gamma di organismi. Temsamani, J. and J.M. Scherrman, Peptide vectors as drug carriers . Prog. Drug Res 61 , 221-238 (2003). Nizet.V, Antimicrobial Peptide Resistance Mechanisms of Human Bacterial Pathogens. Curr. Issues. Mol.Biol 8 , 11-26 (2006).

4. Boman, H.G., Peptide antibiotics and their role in innate immunity. Annu Rev of Immunol. 13 , 61-92 (1995). Sitaram, N. & Nagaraj, R. Host-defense Antimicrobial Peptides : Importance of Structure for Activity. Current Pharmaceutical Design 8 , 727-742 (2002).

5. Essendo i dati disponibili sui Peptidi Antimicrobici sparsi in letteratura e in vari database, diventa necessario disporre di nuovi sistemi di immagazzinamento ed accesso alle informazioni. AMPDB si propone di essere un Database innovativo e funzionale contenente dati dettagliati e completi sull’attività degli AMPs noti in letteratura.

6. Le sequenze sono state estratte dal database APD Sono state ricavate informazioni riguardanti la loro struttura, carica, lunghezza, idrofobicità, e presenza o assenza di attività nei confronti di una classe di patogeni (gram+, Gram-, funghi, virus, cellule di mammiferi). Numerose altre sequenze, nonché i valori delle MIC sui Gram+ e Gram- più diffusi e funghi sono state estrapolate da articoli scientifici. E’ stata così ottenuta una raccolta di dati su 814 AMPs, i quali sono stati inseriti all’interno del Web Knowledge Database.

7. http://193.205.186.243/progetto

11. Obiettivi : Investigare l’influenza degli acidi grassi polinsaturi sulle proprietà delle membrane neuronali e sul loro corretto funzionamento. Individuare il valore soglia per l’elettroporazione di tali membrane.

12. Il 60% delle membrane neuronali è costituito da fosfolipidi, la maggior parte dei quali (20%) è rappresentata dall’acido docosaesenoico (DHA) che ha dei ruoli chiave all’interno del Sistema Nervoso. Il DHA: aumenta la fluidità delle membrane neuronali potenzia l’attività degli enzimi collegati alla membrana modifica il numero e l’affinità dei recettori di membrana,il funzionamento dei canali ionici,la produzione e l’attività dei neurotrasmettitori e la trasduzione del segnale. è coinvolto in numerosi disturbi neurologici e psichiatrici (Schizofrenia, Depressione, Morbo di Alzheimer, etc) Mouritsen, Ole.G., Life-as a matter of fat. The Emerging Science of Lipidomics, 173-179 (2005). Horrobin, D.F. Schizophrenia as a membrane lipid disorder which is expressed throughout the body. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids 55 , 3-7 (1996).

13. Costruzione membrane: VEGA ZZ Minimizzazione, riscaldamento ed MD: NAMD (timestep: 1fs,T:300 K durata simulazione 1 ns) Visualizzazione: VMD Membrana Dimensioni cella( Å) N. lipidi Spessore bilayer( Å) Potenziale esterno applicato (mV) DMPC 31,4 x 31 x 63,64 32 35,7 0 DMPC 31,4 x 31 x 63,64 32 35,7 55 POPC 33,36 x 33,36 x 67,73 32 37 0 POPC 33,36 x 33,36 x 67,73 32 37 55 SDPC 33,24x 33,24 x 85 32 45 0 SDPC 33,24x 33,24 x 85 32 45 55

16. Scopo delle simulazioni : seguire la ristrutturazione di membrane fosfolipidiche in seguito all’applicazione campi elettrici esterni via via crescenti ed individuare il valore soglia per la loro elettroporazione. Le membrane sono state le stesse utilizzate nelle simulazioni precedenti ed il probe (ione sodio) questa volta è stato posto esternamente al bilayer, quindi in ambiente acquoso. Alcune importanti applicazioni dell’elettroporazione: trasferimento di DNA, proteine, anticorpi all’interno delle cellule elettrochemioterapia microincapsulazione Tsong, T.Y. Electroporation of cell membranes. Biophys J. 60 , 297-306 (1991). Belehradek, M., Domenge, C., Luboinski, B., Orlowski, S., Belehradek Jr., J., Mir, L.M. Electrochemotherapy, a new antitumor treatment. First clinical phase I–II trial. Cancer 72 , 3694–3700 (1993).

19. Entrambi i modelli presentati chiariscono aspetti finora poco compresi della riorganizzazione delle membrane sottoposte a campi elettrici e costituiscono un formidabile modello in silico per l’indagine degli effetti di farmaci capaci di superare la BBB e di interagire con le membrane neuronali. Queste analisi computazionali potranno permettere lo studio dell’effetto di numerosi farmaci applicabili nella terapia di disturbi neurologici e psichiatrici.

20. “ Non bisogna mai smettere di interrogarsi. La curiosità ha una precisa ragione per l’esistenza.” Albert Einstein