Canali ionici e trasportatori - Marco Lolicato

Marco Lolicato, PI

marco.lolicato@unipv.it

Cristina Arrigoni, PI

cristina.arrigoni01@unipv.it

Marco Lolicato, PI, Professore Associato

Cristina Arrigoni, PI

Elisa Tavazzani (post-doc)

Sofia Diletta Guzzeloni (PhD student)

Manuel Decandia (Master student)

Alessandro Morea (Master student)

Viana Khojasteh (Master student)

Il laboratorio svolge attività di ricerca nel campo della biofisica dei canali ionici e dei trasportatori di membrana, con particolare attenzione ai meccanismi molecolari coinvolti nel neurosviluppo, nelle patologie neoplastiche e nelle malattie rare.

L’obiettivo principale del laboratorio è l’identificazione e la caratterizzazione:

1. dei meccanismi molecolari che regolano l’interattoma del canale KCC2, cruciale per lo sviluppo e la funzionalità del sistema nervoso;
2. di nuovi approcci farmacologici per la Sindrome da deficit di GLUT1 (GLUT1-
   DS), con una forte prospettiva traslazionale;
3. della struttura molecolare di canali ionici termosensibili, al fine di comprendere i principi fisici alla base della loro attivazione.

Una linea di ricerca innovativa integra intelligenza artificiale e machine learning per la generazione de novo di peptide binders e mini-proteine, aprendo la strada a nuove strategie terapeutiche oltre il paradigma delle piccole molecole.

Il laboratorio utilizza in modo sistematico strumenti di bioinformatica, apprendimento automatico e protein engineering assistito da IA per rispondere a domande biologiche fondamentali, come l’origine molecolare della risposta agli stimoli fisici delle proteine di membrana.

Dal punto di vista sperimentale, il laboratorio è in grado di esprimere e purificare quantità significative di target proteici per studi strutturali e funzionali. Parallelamente, il gruppo esplora nuove frontiere nella progettazione razionale di proteine, creando proteine con funzioni inedite a partire da peptidi e domini modulari.

Metodologie
Elettrofisiologia; biologia cellulare; espressione e purificazione di proteine solubili e di
membrana, complessi proteici; cristallografia a raggi X; microscopia crio-elettronica; metodi computazionali avanzati (docking molecolare, dinamica molecolare, ingegneria proteica).

Structural Biology and Electrophysiology

Arrigoni C., Lolicato M., Shaya D., Rohaim A., Findeisen F., Colleran C.M., Dominik P., Kim S.S., Schuermann J., Kossiakoff A.A., and Minor D.L. Quaternary structure independent folding of voltage-gated ion channel pore domain subunits. Nat Struct Mol Biol., page 2021.08.15.456357 (2022).

Lolicato M., Natale A.M., Abderemane-Ali F., Crottès D., Capponi S., Duman R., Wagner A., Rosenberg J.M., Grabe M., and Minor D.L. K2P channel C-type gating involves asymmetric selectivity filter order-disorder transitions. Science advances, 6(44) (October 2020).

Pope L., Lolicato M., and Minor D.L. Polynuclear ruthenium amines inhibit k2p channels via a ”finger in the dam” mechanism. Cell chemical biology (2020). doi: 10.1016/j.chembiol.2020.01.011.

Dang S, Feng S, Tien J, Peters CJ, Bulkley D, Lolicato M, Zhao J, Zuberbühler K, Ye W, Qi L, Chen T, Craik CS, Jan YN, Minor DL Jr, Cheng Y, Jan LY. Cryo-EM structures of the TMEM16A calcium-activated chloride channel. Nature. 2017 Dec 1;552(7685):426-429. 

Lolicato M., Arrigoni C., Mori T., Sekioka Y., Bryant C., Clark K.A., and Minor D.L. K2P2.1 (TREK-1)-activator complexes reveal a cryptic selectivity filter binding site . Nature, 547(7663):364–368 (July 2017).

Lolicato M, Riegelhaupt PM, Arrigoni C, Clark KA, Minor DL Jr. Transmembrane helix straightening and buckling underlies activation of mechanosensitive and thermosensitive K(2P) channels. Neuron. 2014 Dec 17;84(6):1198-212. doi: 10.1016/j.neuron.2014.11.017.

Arrigoni C., Rohaim A., Shaya D., Findeisen F., Stein R.A., Nurva S.R., Mishra S., Mchaourab H.S., and Minor D.L. Unfolding of a Temperature-Sensitive Domain Controls Voltage-Gated Channel Activation. Cell, 164(5):922–936 (February 2016). http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(16)30067-8.

Shaya D, Findeisen F, Abderemane-Ali F, Arrigoni C, Wong S, Nurva SR, Loussouarn G, Minor DL Jr. Structure of a prokaryotic sodium channel pore reveals essential gating elements and an outer ion binding site common to eukaryotic channels. J Mol Biol. 2014 Jan 23;426(2):467-83.

Lolicato M, Bucchi A, Arrigoni C, Zucca S, Nardini M, Schroeder I, Simmons K, Aquila M, DiFrancesco D, Bolognesi M, Schwede F, Kashin D, Fishwick CW, Johnson AP, Thiel G, Moroni A. Cyclic dinucleotides bind the C-linker of HCN4 to control channel cAMP responsiveness. Nat Chem Biol. 2014 Jun;10(6):457-62.

Lolicato M, Nardini M, Gazzarrini S, Möller S, Bertinetti D, Herberg FW, Bolognesi M, Martin H, Fasolini M, Bertrand JA, Arrigoni C, Thiel G, Moroni A. Tetramerization dynamics of C-terminal domain underlies isoform-specific cAMP gating in hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels. J Biol Chem. 2011 Dec 30;286(52):44811-20.

Protein Design and Engineering

Torielli L, Castelli M, Milani F, Heritz JA, Cayaban SJ, Hernandez J, Serapian SA, Magni A, Frasnetti E, Doria F, Pirota V, Wengert LA, Woodford MR, Lodigiani G, Bergamaschi G, Veronesi M, Bandiera T, Girotto S, Paladino A, Prodromou C, Backe SJ, Bourboulia D, Canciani A, Arrigoni C, Lolicato M, Gestwicki JE, Mollapour M, Colombo G. Design of multi-target peptide modulators for protein chaperone networks. Structure. 2025 Nov 6;33(11):1944-1957.e6.

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Zhang SQ, Huang H, Yang J, Kratochvil HT, Lolicato M, Liu Y, Shu X, Liu L, DeGrado WF. Designed peptides that assemble into cross-α amyloid-like structures. Nat Chem Biol. 2018 Sep;14(9):870-875. doi: 10.1038/s41589-018-0105-5.

Ely LK, Lolicato M, David T, Lowe K, Kim YC, Samuel D, Bessette P, Garcia JL, Mikita T, Minor DL Jr, Coughlin SR. Structural Basis for Activity and Specificity of an Anticoagulant Anti-FXIa Monoclonal Antibody and a Reversal Agent. Structure. 2018 Feb 6;26(2):187-198.e4.

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Cancer Molecular Biology

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Iannucci LF, D'Erchia AM, Picardi E, Bettio D, Conca F, Surdo NC, Di Benedetto G, Musso D, Arrigoni C, Lolicato M, Vismara M, Grisan F, Salviati L, Milanesi L, Pesole G, Lefkimmiatis K. Cyclic AMP induces reversible EPAC1 condensates that regulate histone transcription. Nat Commun. 2023 Sep 8;14(1):5521.

Barbato A, Giallongo C, Giallongo S, Romano A, Scandura G, Concetta S, Zuppelli T, Lolicato M, Lazzarino G, Parrinello N, Del Fabro V, Fontana P, Aguennoz M, Li Volti G, Palumbo GA, Di Raimondo F, Tibullo D. Lactate trafficking inhibition restores sensitivity to proteasome inhibitors and orchestrates immuno-microenvironment in multiple myeloma. Cell Prolif. 2023 Apr;56(4):e13388.

Longhitano L, Vicario N, Forte S, Giallongo C, Broggi G, Caltabiano R, Barbagallo GMV, Altieri R, Raciti G, Di Rosa M, Caruso M, Parenti R, Liso A, Busi F, Lolicato M, Mione MC, Li Volti G, Tibullo D. Lactate modulates microglia polarization via IGFBP6 expression and remodels tumor microenvironment in glioblastoma. Cancer Immunol Immunother. 2023 Jan;72(1):1-20. doi: 10.1007/s00262-022-03215-3. Epub 2022 Jun 3. Erratum in: Cancer Immunol Immunother. 2023 Jan;72(1):21.