RICERCA ITALIANA     

TECNICHE AVANZATE DI IMAGING MOLECOLARE ED INGEGNERIA GENETICA PER LO STUDIO DELLA DISTRIBUZIONE E DELLA DINAMICA DEL MAGNESIO CELLULARE: NUOVI APPROCCI PER ASSOCIARE LA OMEOSTASI DEL MAGNESIO CON LE FUNZIONI CELLULARI.

Università Cattolica del Sacro Cuore

Abstract

Il magnesio è un importante cofattore di molte attività enzimatiche ed è essenziale nelle funzioni cellulari vitali quali sintesi di DNA e sintesi proteica. Diverse rilevanti patologie umane sono associate a una diminuzione di magnesio tissutale e/o sistemico, e in alcune malattie cardiovascolari e in particolare nei traumi cerebrali la supplementazione di magnesio viene utilizzata di routine come supporto terapeutico. Nonostante la molteplicità di dati scientifici e clinici riguardo l’importanza di questo catione nelle principali funzioni cellulari, i meccanismi della sua omeostasi cellulare sono ancora alquanto oscuri. Le principali carenze conoscitive riguardano principalmente i meccanismi di trasporto e il significato funzionale della compartimentalizzazione sub cellulare. Tali limitazioni conoscitive sono dovute sia alla mancanza di una adeguata caratterizzazione molecolare dei trasportatori del magnesio che alla scarsa disponibilità di approcci metodologici per misurare con elevata specificità e sensibilità i movimenti di magnesio intracellulare.
Il presente progetto è finalizzato allo sviluppo di nuovi approcci metodologici per lo studio della distribuzione intracellulare di magnesio combinando tecniche avanzate di imaging molecolare con la biologia molecolare e la ingegneria genetica. In particolare si intende studiare la applicazione di una nuova classe di fluorocromi (DCHQ) derivati dalla 8-idrossichinolina, caratterizzati da alta affinità e specificità per >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Federica Wolf Università Cattolica del Sacro Cuore

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo studio della omeostasi cellulare del magnesio, viste le sue caratteristiche chimiche e biologiche (concentrazione, idratazione, binding a diverse specie molecolari), implica la necessità di poter analizzare contemporaneamente, o in parallelo i diversi pools intracellulari (libero/legato, compartimentalizzato o citosolico). Ciò necessita lo sviluppo di approcci investigativi sofisticati che sono oggi resi possibili dalle tecniche avanzate di imaging, come quelle proposte in questo progetto.
Il progetto ha quindi come obiettivo finale quello di contribuire ad una conoscenza più approfondita della distribuzione e dei movimenti del magnesio cellulare al fine di correlare la omeostasi cellulare del magnesio con le sue funzioni biologiche.
A tale scopo si intendono sviluppare nuove tecniche di imaging molecolare per lo studio del magnesio cellulare consistenti in:

- una nuova classe di sonde fluorescenti caratterizzate da alta affinità e selettività per il magnesio da applicare a tecniche di citofluorimetria e live cell imaging. L’alta sensibilità dei metodi fluorimetrici presenta infatti il notevole vantaggio di permettere di analizzare quantità di materiale estremamente ridotta, al contrario delle metodiche classiche utilizzate per la determinazione di questi ioni, prima tra tutte l’assorbimento atomico. Inoltre l’approccio citofluorimetrico e di microfotometria di fluorescenza permette di lavorare su campioni non omogenei, purchè siano >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi da questo progetto di ricerca riguardano diversi aspetti dello studio e della valutazione del magnesio a livello cellulare utilizzando tecnologie di imaging molecolare associate ad ingegneria genetica, che dovrebbero dare un contributo fondamentale alla interpretazione dei molti lati oscuri della sua omeostasi cellulare. In particolare:

1) DOSAGGIO DEL MAGNESIO. Utilità e vantaggi forniti dalle sonde fluorescenti della famiglia dei DCHQ per la valutazione quantitativa del magnesio cellulare. La alta specificità e selettività di queste sonde fa presupporre che esse possano essere utilizzate in alternativa alla spettrometria ad assorbimento atomico per la quantificazione del magnesio cellulare in campioni biologici, sopratutto nel caso che questi consistano in quantità minime di cellule o tessuti. In particolare ciò sarà verificato in uno studio caso-controllo di insufficienza intestinale cronica benigna (IICB) associando questo nuovo metodo con il classico assorbimento atomico e correlando i risultati con la valutazione del magnesio ionizzato nel muscolo e nel cervello tramite risonanza megnatica nucleare. Se la validità del metodo proposto verrà confermata dallo studio previsto in questo progetto, si sarà ottenuto uno strumento di grande rilevanza applicativa nel campo delle indagini diagnostiche proprie della biochimica clinica. In pratica, si potrebbe realizzare un analisi del contenuto di magnesio delle varie cellule del sangue con pochi >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il magnesio è un importante catione bivalente intracellulare coinvolto in una vasta gamma di reazioni biochimiche (cofattore in più di 300 attività enzimatiche) e di importanti funzioni biologiche (impulso nervoso, contrazione muscolare, sintesi di DNA e proteine, metabolismo energetico). Malgrado la sua abbondanza (concentrazione millimolare nei tessuti), esistono diverse importanti patologie umane quali malattie cardiovascolari, diabete e sindrome metabolica e alcune malattie neurologiche, caratterizzate da una carenza di magnesio, in alcuni casi tessuto-specifica, in altri sistemica. Recenti studi mostrano specifiche modificazioni ioniche a livello cellulare in pazienti con ipertensione essenziale (Kosch,2001). In ratti caratterizzati da ipertensione essenziale si osserva una diminuzione del magnesio nelle cellule muscolari lisce e una supplementazione di Mg nella dieta ritarda l'insorgenza e la gravità della patologia ipertensiva (Touyz,1999). In pazienti con malattia coronarica la terapia con supplementazione di Mg migliora la funzionalità endoteliale valutata come vasodilatazione endotelio-mediata della arteria brachiale (Shechter,2000). A conferma di queste osservazioni alcuni dati suggeriscono che diete ricche in K, Mg e Ca, ma non Na, sarebbero in grado di ridurre la pressione ed il rischio di episodi ischemici (Massey,2001). Nel paziente diabetico si riscontra spesso una tendenza alla deficienza di magnesio (Valk,1999) imputabile all'aumentata escrezione >>>