La dinamica molecolare classica è stata utilizzata, unitamente a tecniche avanzate di  modellistica molecolare, per caratterizzare dal punto di vista atomistico un set di nanostrutture  poliedriche di DNA e per verificare il meccanismo molecolare di incapsulamento e rilascio di  una biomolecola dalla cavità interna di una nanogabbia di DNA appositamente progettata per  questo scopo. Lo studio di questi sistemi ha permesso di mettere in evidenza:    l’importanza  della  composizione  nucleotidica  dei  linker  a  singolo  filamento  che  compongono le facce quadrate della geometria troncata scelta per generare un set di  nanostrutture ottaedriche di DNA. I dati ottenuti infatti indicano molto chiaramente che  le nanogabbie esaminate, che condividono la stessa composizione delle doppie eliche  collegate  da  linker  con  stessa  lunghezza  ma  diversa  composizione  nucleotidica,  possiedono un comportamento molto simile dimostrando che i vincoli imposti dalla  geometria  sono  i  fattori  principali  nel  determinare  le  proprietà  di  questa  classe  di  nanogabbie;    la possibilità di generare una nanostruttura ottaedrica composta totalmente da doppie  eliche di DNA. I dati ottenuti indicano che è possibile progettare una nano‐gabbia di DNA  più rigida di quella originale con i linker a singolo filamento. Inoltre le informazioni ricavate  da queste analisi confermano che variando la tipologia (ma non la sequenza) dei linker che  collegano le doppie eliche strutturali è possibile realizzare nanostrutture in grado di  svolgere compiti differenti: ad esempio è possibile variare in maniera molto fine il volume  interno della struttura consentendo la creazione di nano‐carriers capaci di trasportare  molecole di forma o dimensione differenti;   la relativà semplicità con cui è ora possibile realizzare centinaia di nanostrutture di diversa  forma e dimensione, che può essere utilizzato dalla comunità scientifica per progettare e  testare in silico dei modelli di nanogabbie poliedriche di DNA prima della loro produzione  sperimentale;    In ultimo, ma non meno importante, il ruolo della dinamica molecolare nell’interpretare,  da un punto di vista atomistico, un comportamento osservato a livello macroscopico,  nonché  di  identificare  un  meccanismo  molecolare  diverso  da  quello  ipotizzato inizialmente. Il processo di incapsulamento e rilascio controllato attraverso la temperatura  di un enzima all’interno di una nanogabbia avviene infatti con bassa efficienza poiché il  meccanismo  inizialmente  proposto,  che  prevedeva  una  apertura  del  reticolo  della  nanogabbia guidato dall’unfolding delle regioni occupate dagli hairpin‐loop, si è rivelato  fondamentalmente errato.  Il reale meccanismo, evidenziato dalle simulazioni, coinvolge  un  riarrangiamento  totale  dello  scaffold  della  struttura  che  permette  l’ingresso  dell’enzima  attraverso le facce del reticolo che descrive la geometria della nanogabbia.

(2015). Progettazione e caratterizzazione di nanostrutture poliedriche di  DNA attraverso tecniche di modellistica e dinamica molecolare classica.

Progettazione e caratterizzazione di nanostrutture poliedriche di  DNA attraverso tecniche di modellistica e dinamica molecolare classica

IACOVELLI, FEDERICO
2015

Abstract

La dinamica molecolare classica è stata utilizzata, unitamente a tecniche avanzate di  modellistica molecolare, per caratterizzare dal punto di vista atomistico un set di nanostrutture  poliedriche di DNA e per verificare il meccanismo molecolare di incapsulamento e rilascio di  una biomolecola dalla cavità interna di una nanogabbia di DNA appositamente progettata per  questo scopo. Lo studio di questi sistemi ha permesso di mettere in evidenza:    l’importanza  della  composizione  nucleotidica  dei  linker  a  singolo  filamento  che  compongono le facce quadrate della geometria troncata scelta per generare un set di  nanostrutture ottaedriche di DNA. I dati ottenuti infatti indicano molto chiaramente che  le nanogabbie esaminate, che condividono la stessa composizione delle doppie eliche  collegate  da  linker  con  stessa  lunghezza  ma  diversa  composizione  nucleotidica,  possiedono un comportamento molto simile dimostrando che i vincoli imposti dalla  geometria  sono  i  fattori  principali  nel  determinare  le  proprietà  di  questa  classe  di  nanogabbie;    la possibilità di generare una nanostruttura ottaedrica composta totalmente da doppie  eliche di DNA. I dati ottenuti indicano che è possibile progettare una nano‐gabbia di DNA  più rigida di quella originale con i linker a singolo filamento. Inoltre le informazioni ricavate  da queste analisi confermano che variando la tipologia (ma non la sequenza) dei linker che  collegano le doppie eliche strutturali è possibile realizzare nanostrutture in grado di  svolgere compiti differenti: ad esempio è possibile variare in maniera molto fine il volume  interno della struttura consentendo la creazione di nano‐carriers capaci di trasportare  molecole di forma o dimensione differenti;   la relativà semplicità con cui è ora possibile realizzare centinaia di nanostrutture di diversa  forma e dimensione, che può essere utilizzato dalla comunità scientifica per progettare e  testare in silico dei modelli di nanogabbie poliedriche di DNA prima della loro produzione  sperimentale;    In ultimo, ma non meno importante, il ruolo della dinamica molecolare nell’interpretare,  da un punto di vista atomistico, un comportamento osservato a livello macroscopico,  nonché  di  identificare  un  meccanismo  molecolare  diverso  da  quello  ipotizzato inizialmente. Il processo di incapsulamento e rilascio controllato attraverso la temperatura  di un enzima all’interno di una nanogabbia avviene infatti con bassa efficienza poiché il  meccanismo  inizialmente  proposto,  che  prevedeva  una  apertura  del  reticolo  della  nanogabbia guidato dall’unfolding delle regioni occupate dagli hairpin‐loop, si è rivelato  fondamentalmente errato.  Il reale meccanismo, evidenziato dalle simulazioni, coinvolge  un  riarrangiamento  totale  dello  scaffold  della  struttura  che  permette  l’ingresso  dell’enzima  attraverso le facce del reticolo che descrive la geometria della nanogabbia.
2015/2016
Scienze chimiche
28.
Settore BIO/18 - Genetica
Italian
Tesi di dottorato
(2015). Progettazione e caratterizzazione di nanostrutture poliedriche di  DNA attraverso tecniche di modellistica e dinamica molecolare classica.
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