Progettazione di superfici in oro funzionalizzate tramite complessi SAMs-aptamero per il bioriconoscimento di epatociti HepG2

Gli aptameri sono acidi nucleici a singolo filamento caratterizzati da una specifica struttura tridimensionale che si lega direttamente alla proteina o alla molecola target per cui sono stati sintetizzati. La molecola lineare, generalmente composta da circa 30-70 nucleotidi, va incontro ad un meccanismo di folding che si conclude con il raggiungimento di una struttura tridimensionale stabile utile per il riconoscimento e il legame molecolare. Nel caso di applicazioni biologiche, come per l’ingegneria dei tessuti e la coltura cellulare in vitro, gli aptameri si dimostrano una valida alternativa agli anticorpi come biomarker per la loro elevata specificità e affinità nei confronti del bersaglio di interesse unite al vantaggio del processo di sintesi chimica e alla non-immunogenicità. In questo lavoro si indagano, attraverso simulazioni di dinamica molecolare, la conformazione e il comportamento meccanico assunti da una sequenza aptamerica specifica per il bio-riconoscimento di epatociti della linea HepG2. In particolare l’aptamero viene analizzato nella sua forma libera (sia in solvente esplicito che in solvente implicito) e legato a sistemi composti da oro e SAMs (Self Assembled Monolayers) oligopeptidici a diversa densità di aptamero. In primo luogo si studia il confronto tra aptamero libero in solvente esplicito e in solvente implicito a stabilità, per valutarne la traiettoria e la conformazione nel tempo, in modo da verificare se il comportamento dell’aptamero all’interno dei due solventi è comparabile, permettendo una semplificazione coerente. In seguito si costruiscono 3 differenti sistemi oro-SAMs-aptameri a diversa densità di aptamero (1%, 2% e 3%, rispettivamente) a partire dagli esiti dello studio sperimentale di Enomoto et al. dell’Università Nazionale di Yokohama. Questi sistemi, simulati tramite dinamica molecolare fino al raggiungimento della stabilità, sono analizzati in termini di stabilità conformazionale, angoli torsionali della catena, legami a idrogeno intramolecolari ed intermolecolari, lunghezza persistente, densità dell’aptamero lungo l’asse perpendicolare al piano del substrato di oro, struttura secondaria e conformazione dell’aptamero. Dalle analisi si evince che il comportamento dell’aptamero all’interno dei due solventi è comparabile, mentre che all’interno dei sistemi a diversa densità esso assume un comportamento differente: all’aumentare della densità, infatti, la catena nucleotidica si espone maggiormente al solvente e si estende lungo l’asse perpendicolare al piano del substrato di oro. Viene inoltre indagata la struttura secondaria assunta dalla sequenza nucleotidica in forma libera e all’interno dei sistemi per verificare la formazione della regione consenso ipotizzata da Ninomiya et al. che si suppone essere il sito attivo di ricezione per gli epatociti HepG2.