Studio del ripiegamento di proteine con motivi entangled su reticolo cubico

Co-supervisor: Davide Revignas Abstract Modeling proteins as self-avoiding walks on a cubic lattice is still used in recent literature because it allows qualitative ideas and concepts to be tested in a controlled system with very low computational cost. The aim of this thesis is to investigate, through numerical simulations, the folding kinetics of proteins on a cubic lattice when the native structure is characterized by the presence of topologically complex motifs, known in the literature as non-covalent lassos. The simulations of the folding process will employ a Monte Carlo dynamics with local moves based on the Metropolis algorithm, while a preliminary thermodynamic analysis will be carried out by combining Metropolis Monte Carlo with a more sophisticated sampling method (Wang–Landau), which enables efficient exploration of the entire conformational space. In particular, the project aims to verify how topological complexity in the native structure may lead to the presence of intermediate misfolded states, characterized by the absence of topological complexity while still maintaining an overall similarity to the native state. It has recently been suggested that the presence of such intermediate states may interfere with the cellular proteostasis system.

co-supervisor Davide Revignas Abstract: La modellizzazione di proteine come cammini auto-evitantesi su reticolo cubico continua ad essere utilizzata anche nella letterature recente perche' permette di testare idee e concetti qualitativi in un sistema controllato e con bassissimo costo computazionale. In questo lavoro di tesi si propone di studiare con simulazioni numeriche la cinetica di ripiegamento di proteine su reticolo cubico, nel caso in cui la struttura nativa sia caratterizzata dalla presenza di motivi topologicamente complessi, noti in letteratura come lasso non covalenti. Nelle simulazioni del processo di ripiegamento verra' utilizzata una dinamica Monte Carlo con mosse locali basata sull'algoritmo di Metropolis, mentre una preventiva analisi termodinamica verra' condotta integrando il Metropolis Monte Carlo con un metodo di campionamento piu' sofisticato (Wang-Landau) che permette di esplorare in maniera efficiente l'intero spazio delle conformazioni. Si vuole in particolare verificare come la complessi ta' topologica nella struttura nativa possa portare alla presenza di stati intermedi non ripiegati correttamente, caratterizzati dall'assenza di complessita' topologica ma allo stesso tempo da una complessiva similarita' allo stato nativo. E' stato suggerito di recente come la presenza di stati intermedi di questo tipo possa ostacolare il sistema di proteostasi cellulare.