RICERCA ITALIANA     

Regolazione ed adattamento di alcuni sistemi enzimatici ubiquitari preposti al controllo del potenziale redox cellulare

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

Questo progetto di ricerca ha lo scopo di dare un contributo originale ed innovativo allo studio dei meccanismi di regolazione preposti al controllo del potenziale redox, alla base di varie ed importanti funzioni cellulari. Lo stato redox è il risultato dell'attività di sistemi enzimatici tra loro strettamente correlati, che controllano finemente il livello delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) formate durante i processi metabolici. Livelli intracellulari elevati di ROS sono correlati allo stress ossidativo della cellula a causa della loro estrema tossicità. D'altra parte, quando presenti a livelli fisiologici, i ROS agiscono da indispensabili trasduttori di numerosi segnali cellulari. Tra i sistemi enzimatici coinvolti nei meccanismi di produzione/eliminazione dei ROS, la NADPH ossidasi e la superossido dismutasi (SOD) svolgono la loro azione in maniera coordinata, controllando i livelli dell'anione superossido, il primo ROS generato dal metabolismo dell'ossigeno. Un altro importante sistema enzimatico che, insieme ai primi due, controlla lo stato redox celulare è quello della tioredossina/tioredossina riduttasi (Trx/TrxR), che mantiene le proteine intracellulari nel loro stato ridotto.
L'obiettivo specifico del progetto è quello della caratterizzazione e regolazione delle suddette attività enzimatiche in sistemi appartenenti ad organismi adattati a differenti condizioni di crescita e a sistemi cellulari in cui la >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Emmanuele De Vendittis Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo generale che si intende perseguire con tale progetto coordinato è quello di studiare i meccanismi con cui si realizza il controllo dello stato redox, uno dei processi alla base di varie ed importanti funzioni cellulari. Lo stato redox è il risultato dell'attività di complessi sistemi enzimatici tra loro strettamente correlati, che controllano con accuratezza ed efficacia il livello delle specie redox ottenute durante i processi metabolici. I principali responsabili delle variazioni dello stato redox cellulare sono le Specie Reattive dell'Ossigeno (ROS), i cui livelli sono strettamente correlati allo stato di stress ossidativo della cellula a causa della loro elevata tossicità. E' noto infatti che livelli elevati di ROS provocano danni chimici su numerosi componenti cellulari. La loro reattività dipende anche dalla permeabilità e dalla estrema facilità di diffusione. D'altra parte i ROS, se presenti a livelli fisiologici, agiscono da mediatori di importanti processi cellulari. Essi infatti sono coinvolti nella trasduzione di numerosi segnali, che includono l'espressione genica, la proliferazione cellulare, l'invecchiamento cellulare, il differenziamento, l'apoptosi. Essi inoltre partecipano ai meccanismi di difesa contro diversi agenti patogeni. E' pertanto indispensabile che i ROS vengano prodotti solo dove e quando la lora azione è richiesta; infatti la loro produzione risulta essere finemente regolata a livello di >>>

Risultati parziali attesi

I risultati che si pensa di ottenere con la presente ricerca riguardano le proprietà molecolari e funzionali di tre sistemi enzimatici coinvolti nel controllo dello stato redox cellulare. Gli enzimi oggetto di studio sono la NADPH ossidasi, la superossido dismutasi (SOD) ed il sistema tioredossina/tioredossina riduttasi (Trx/TrxR) in organismi adattati a differenti condizioni di crescita, nonché in sistemi cellulari in cui la regolazione/deregolazione dello stato redox risulta cruciale per lo sviluppo e differenziamento cellulare. In particolare, lo studio di SOD e Trx/TrxR sarà svolto negli eubatteri Pseudoalteromonas haloplanktis, uno psicrofilo antartico, e Streptococcus mutans, uno degli agenti eziologici della carie dentaria, entrambi adattati a specifiche condizioni di crescita. Lo studio sulla NADPH ossidasi sarà svolto invece in alcune linee cellulari tumorali umane, in cui i meccanismi di regolazione dello stato redox sono estremanmente rilevanti.

Le ricerche in P. haloplanktis porteranno ai risultati appresso elencati e saranno anche utili per approfondire le conoscenze sui meccanismi di adattamento al freddo delle macromolecole biologiche.

1) Saranno identificati i residui amminoacidici della SOD da P. haloplanktis bersaglio di modifiche covalenti (nitrazione e/o glutationilazione). Le misure di attività sulle forme modificate di questa SOD saranno correlate alla regolazione dell’attività antiossidante dell’enzima. Inoltre, l’elevata >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La crescente mole di studi sui meccanismi che regolano il potenziale redox cellulare dimostrano che esso rappresenta uno dei parametri più critici da tenere sotto controllo per la sopravvivenza e lo sviluppo di tutti gli organismi viventi, indipendentemente dal regno filogenetico di appartenenza. Alla sua regolazione partecipano numerosi fattori proteici e sistemi enzimatici finemente regolati da complessi meccanismi molecolari, la cui caratterizzazione sta sempre più ampliando la vastità delle interazioni con altri processi vitali della cellula. Il controllo del potenziale redox assume grande rilevanza soprattutto nelle varie forme di vita aerobia, poiché durante la conversione dell'ossigeno ad acqua si formano una serie di prodotti intermedi molto reattivi e con emivita molto breve, indicati come Specie Reattive dell'Ossigeno (ROS), che possono risultare estremamente tossici per diversi componenti cellulari a causa delle loro proprietà ossidanti. Nel corso dell'evoluzione si sono sviluppati, soprattutto negli organismi aerobi, meccanismi di difesa contro l'azione dannosa dei ROS, i cui alterati livelli provocano seri danni cellulari (1). In condizioni di stress ossidativo lo squilibrio nel livello dei ROS innesca una serie di processi degenerativi caratteristici di numerose patologie e neoplasie; d'altra parte i ROS, se presenti a livelli fisiologici, sono anche trasduttori di importanti processi cellulari, come l'espressione genica, la >>>