Studio computazionale di un dispositivo molecolare per la fotostimolazione cellulare

La fotofarmacologia e` una branca della farmacologia che studia l’interazione tra la luce e le molecole bioattive. Recentemente, una nuova classe di molecole e` stata introdotta, in grado di suscitare una depolarizzazione della membrana cellulare dopo fotostimolazione. Per una di queste, denominata MTP2, e` stato im- potizzato il seguente meccanismo: le molecole, dopo l’inserimento nella mem- brana, si ripartiscono all’interno di essa attraverso il meccanismo di flipflop, la cui driving force e` l’interazione tra il campo elettrico cellulare e il dipolo molecolare. In particolare, in presenza di un campo elettrico negativo verso l’interno della cellula, le molecole di MTP2 hanno una maggiore tendenza a localizzarsi nel leaflet inferiore della membrana. Dopo la fotostimolazione con luce visibile (470 nm), le molecole compiono fotoconversione, passando dalla conformazione trans a quella cis. Questo passaggio causa una variazione del momento di dipolo molecolare, che a cascata induce una redistribuzione delle cariche intorno alla membrana, generando una corrente verso l’interno della cellula e una conseguente depolarizzazione della membrana. Questo lavoro di tesi ha come scopo principale quello di dimostrare il meccanismo d’azione sopra descritto attraverso simulazioni di Dinamica Molecolare Coarse-Grained (CG-MD). In particolare, si e` voluto studiare in dettaglio il fenomeno del flip- flop, un evento estremamente raro da analizzare sia con metodi sperimentali che con dinamica molecolare in dettaglio atomico. Grazie alla tecnica CG-MD e all’applicazione di un campo elettrico esterno, e` stato possibile studiare il flipflop di MTP2 sia in un sistema a membrana omogenea (solo lipidi POPC) sia in un sistema cellular-like, con una composizione lipidica eterogenea che mima quella cellulare. Dall’analisi dei risultati, e` stato possibile osservare che gli eventi di flipflop avvengono con una maggiore frequenza nel sistema a membrana etero- genea e all’aumentare dell’intensita` del campo elettrico applicato, confermando cos`ı il meccanismo d’azione ipotizzato.