UniTrento | Ecco come comunicano le immunoglobuline

Università di Trento

Thursday 2 December 2021 h14:30


Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento si è concentrato sui meccanismi di funzionamento e di comunicazione interna degli anticorpi protagonisti della risposta immunitaria dell’organismo umano. Lo studio di scienza pura offre un contributo per far progredire le conoscenze sull’efficacia degli anticorpi e sulle loro applicazioni farmacologiche. I risultati sono stati portati all’attenzione della comunità scientifica internazionale con la pubblicazione sulla rivista Scientific Reports.

Gli anticorpi non sono più un tabù. Complice la pandemia e lo studio di nuove strategie di cura per Covid-19 e una serie di altre malattie, sono diventati un termine di dominio pubblico. Nel mondo della ricerca si è notata un’accelerazione nello studio delle immunoglobuline, con un crescente impatto nella società: se tra il 1997 e il 2013, in 15 anni, erano state solo 34 le loro applicazioni terapeutiche approvate dalle agenzie del farmaco negli Stati Uniti e in Europa, il dato si è poi quasi moltiplicato per quattro con ben 61 trattamenti approvati in soli sette anni, tra il 2014 e il 2020. Si tratta di un settore di ricerca promettente, ma che per progredire nell’efficacia ha bisogno ancora di molta ricerca pura e del contributo di studiosi e di studiose di varie discipline. 

È in questo contesto che si colloca un lavoro scientifico sulle immunoglobuline svolto all’Università di Trento. Per la precisione, tra le immunoglobuline coinvolte nella risposta immunitaria più presenti nell’organismo umano, un gruppo di studiosi e studiose ne ha indagata una del gruppo quattro (IgG4).

La ricerca è stata svolta dal team coordinato da Raffaello Potestio al Dipartimento di Fisica dell’Ateneo di Trento. «Il nostro obiettivo principale è sviluppare e utilizzare approcci computazionali per una sempre migliore comprensione dei meccanismi a livello molecolare» spiega Potestio. Prosegue: «Se si comprende a fondo come funziona un sistema, si espande la capacità di svilupparne possibili applicazioni. Ad esempio, sapere che un anticorpo si comporta in modo diverso quando è legato a un antigene, mi porterà a studiarne le implicazioni per il sistema immunitario. Ed è a questo punto che si possono aprire scenari di ricerca diversi, di altre discipline, impegnate nello sfruttare i vantaggi scoperti dalla fisica per obiettivi farmacologici».

Il lavoro del gruppo di Potestio, dunque, rappresenta uno studio preliminare per far progredire la conoscenza e il miglioramento dell’efficacia delle immunoglobuline e quindi per sviluppare in prospettiva soluzioni terapeutiche avanzate.

La ricerca dell’Università di Trento è consistita in uno studio al computer di un anticorpo. Il docente racconta: «Abbiamo preso la struttura di una specifica immunoglobulina, il Pembrolizumab, e abbiamo compiuto simulazioni atomistiche, ovvero ne abbiamo costruito un modello computazionale in cui si tiene conto di ciascun atomo della molecola così come dell’acqua in cui è immersa; dunque, ne abbiamo simulato l’evoluzione temporale per un totale di 2 microsecondi. Abbiamo studiato un modello con l’anticorpo da solo e un altro con l’anticorpo legato al suo antigene, ossia il bersaglio che l’anticorpo individua ed etichetta perché il sistema immunitario lo distrugga».

Dallo studio del gruppo di fisica dell’Università di Trento emergono due disposizioni diverse: «Effettivamente c’è differenza se l’anticorpo viene simulato in presenza o in assenza dell’antigene. Se è libero, l’anticorpo presenta una conformazione estesa; se, invece, è legato all’antigene, ha un grado di mobilità minore e si presenta più compatto. Inoltre, abbiamo osservato che ciò che avviene a livello locale nell’anticorpo, lì dove l’antigene si lega ad esso, ha un impatto a livello globale in tutto il sistema, e che ciò è mediato da dei canali di comunicazione che attraversano l’immunoglobulina».

Ciò dimostra che gli anticorpi sono delle molecole estremamente complesse con una grande varietà di caratteristiche strutturali e di funzionamento. Il metodo, che è stato applicato a una specifica immunoglobulina, in realtà può essere esteso anche ad altri anticorpi con l’obiettivo di acquisire una comprensione sempre più approfondita della loro vita interna e della loro rete di comunicazione. Un passaggio fondamentale per sviluppare nuove applicazioni degli anticorpi a fini medici e tecnologici.

(e.b.) Ufficio stampa Università di Trento

L’articolo

L’articolo, dal titolo “Communication Pathways Bridge Local and Global Conformations in an IgG4 Antibody” (https://doi.org/10.1038/s41598-021-02323-x) è stato scritto da Thomas Tarenzi, Marta Rigoli e Raffaello Potestio del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento. Pubblicato ieri, 1 dicembre 2021, sulla rivista Scientific Reports, è disponibile in Open Access su www.nature.com/articles/s41598-021-02323-x 

Graphical representation of the starting configuration of pembrolizumab employed in the MD simulations. LC stands for light chain, while HC stands for heavy chain. The antigen PD-1 is represented in the vicinity of the CDR.
Graphical representation of the starting configuration of pembrolizumab employed in the MD simulations. LC stands for light chain, while HC stands for heavy chain. The antigen PD-1 is represented in the vicinity of the CDR.
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