RICERCA ITALIANA     

Danno ossidativo e nitrosativo di proteine mitocondriali in modelli di senescenza cellulare ed in soggetti con demenza di Alzheimer: studio preclinico di forme naturali e nuovi analoghi di sintesi della vitamina E.

Università degli Studi di Perugia

Abstract

Il mitocondrio è un bersaglio sensibile al danno da specie reattive dell’ossigeno (ROS) e dell’azoto (RNS) con possibile rilevanza nei processi di senescenza cellulare (teoria mitocondriale dell’invecchiamento) e nella patogenesi di patologie età-relate, quali malattia di Alzheimer (AD) ed il Mild Cognitive Impairment (MCI). L’attenzione della ricerca è attualmente puntata sullo studio di modificazioni post-trascrizionali (PTM) di proteine che svolgono funzioni essenziali nel mitocondrio.
Scopo di questo progetto è lo studio di PTMs di proteine mitocondriali sia “in vitro” , in modelli di invecchiamento cellulare, sia “in vivo”, nelle cellule periferiche di soggetti MCI e AD. Verrà allo stesso tempo valutato il ruolo protettivo di isoforme naturali ed analoghi di sintesi della vitamina E.
In particolare tre fasi del progetto affronteranno i seguenti aspetti:
1.caratterizzazione di biomarcatori del danno di proteine mitocondriali “in vitro”, in modelli cellulari di senescenza replicativa e da stress. Verranno utilizzati modelli di invecchiamento cellulare IMR-90 (fibroblasti umani) e NIH 3T3 (fibroblasti di topo). Saranno anche disponibili linee di cellule endoteliali HCAEC e HUVEC, neuroblastomi,gliomi,e fibroblasti NHLF. Verranno studiate l’espressione e l’attività di proteine sensibili al danno da ROS/RNS, quali l’aconitasi mitocondriale (mAcn, enzima del ciclo di Krebs), la citocromo-c-ossidasi (Cyt-c-ossidasi, enzima della catena respiratoria >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Patrizia Mecocci Università degli Studi di PERUGIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il presente progetto si propone i seguenti obiettivi principali:

1) investigare in modelli in vitro di senescenza cellulare il danno di proteine mitocondriali dovuto a specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (ROS/RNS) ed il ruolo che tale danno gioca nel favorire processi di danno mitocondriale associati all’invecchiamento ed all’apoptosi ad esso correlata;
2) valutare l’azione protettiva di forme naturali ed analoghi di sintesi della vitamina E in condizioni normali di invecchiamento (senescenza replicativa) ed in condizioni di stress da ROS/RNS negli stessi modelli cellulari;
3) verificare e trasferire le conoscenze ottenute in questa ricerca condotta in vitro su modelli in vivo di rilevanti patologie età-relate. Tale aspetto verrà valutato in uno studio pilota in soggetti con Mild Cognitive Impairment (MCI) e malattia di Alzheimer (AD),
utilizzando cellule (linfo-monociti) e fluidi biologici (plasma).

Gli obiettivi pratici relativi alle fasi di attuazione della ricerca sono riportati di seguito in modo dettagliato.
Presupposto scientifico al progetto nelle sue varie articolazioni, è l’osservazione che con la senescenza si determina una riduzione delle funzionalità mitocondriale, in parte giustificata da alterazioni strutturali e funzionali di proteine del ciclo di Krebs (KC) e della fosforilazione ossidativa.(OXPHOS).
In particolare la ricerca si focalizzerà sullo studio, in modelli cellulari >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi in questa ricerca e le loro possibili applicazioni sono:

- caratterizzare l’identità molecolare dei bersagli ed i meccanismi di danno da ROS/RNS in proteine mitocondriali con la finalità , in questo studio ed in future ricerche, di verificarne l’applicabilità quali biomarcatori della perdita funzionale del mitocondrio e di altri meccanismi che si associano ai processi di senesecenza cellulare. A tale proposito saranno studiati come sistemi “reporter” del danno da ROS/RNS bersagli già conosciuti, quali l’enzima mitocondriale aconitasi, e quindi si faranno indagini redoxomiche tese a tracciare modifiche post-traduzionali su tutte le proteine mitocondriali e cellulari,
- identificare in dettaglio quali tipi di PTMs si verificano sul sistema reporter dell’aconitasi mitocondriale ed in altre proteine quali la CytC-ox e la frataxina, e stimare quali di questi siano rilevanti nei meccanismi fisiopatologici associati all’invecchiamento cellulare,
- produrre evidenze originali e nuove ipotesi sul ruolo biochimico che gioca nei processi d’invecchiamento il danno e la perdita di frataxina a livello mitocondriale. Questi aspetti saranno studiati in rapporto al controllo dei pool di Fe cellulare, alla regolazione del metabolismo cellulare attraverso l’attività dell’aconitasi stessa e di altre Fe-proteine, e sui meccanismi di apoptosi,
- verificare preliminarmente in ambito clinico la rilevanza dei biomarcatori e delle informazioni >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il coinvolgimento del danno mitocondriale nei processi di senescenza cellulare (teoria mitocondriale dell’invecchiamento) ed in numerose patologie età-relate, tra cui la malattia di Alzheimer (AD) (Humphries KM et al., 2006) è stato proposto sin dall’inizio della ricerca sulla biologia delle radiazioni e sui radicali liberi, e trova conferma ai nostri giorni in numerose ricerche (Navarro A, Boveris A, 2007). La sfida della ricerca moderna sarà quella di riuscire a tracciare il danno mitocondriale con biomarcatori che siano utili a descrivere meccanismi patogenetici ed a costruire strategie d’intervento per le malattie associate all’invecchiamento, e tra queste quelle a più ampio impatto sociale sono sicuramente il cancro, il danno cerebro-cardio-vascolare ed in particolare alcune forme neurodegenerative che stanno salendo alla ribalta come una vera e propria emergenza sanitaria e sociale.

In accordo con i risultati ottenuti dal nostro gruppo e da numerosi altri, è possibile identificare in ambito mitocondriale danni prodotti da specie reattive dell’ossigeno (ROS) e dell’azoto (RNS) a livello del DNA, delle componenti lipidiche di membrana e di alcune proteine di rilevanza funzionale (Beckman KB, Ames BN, 1999; Sanz A et al., 2006; Mecocci P et al., 2002; Polidori MC et al., 2004 and Polidori MC et al., 2007). Negli ultimi anni l’attenzione dei ricercatori si è spostata soprattutto su quest’ultimo ambito, tentando di identificare modifiche post-traduzionali >>>