Utilizzo di un modello ipossico sperimentale per lo studio degli effetti di esposizione all¿ipossia. Indagine proteomica di cervello, cuore, fegato, muscolo scheletrico e sangue in topi ipossici.
Progetto Le condizioni di ipossia tissutale umana rappresentano le più frequenti e lesive patologie dei tempi moderni (infarto, ischemia, cancro) . E¿ stato calcolato che le patologie associate all¿ipossia coinvolgono ogni anno 24 milioni di persone nei soli USA; le patologie principali riguardano l¿insufficienza respiratoria e cardiaca , e l¿infarto acuto del miocardio. A livello cellulare, l¿ipossia è dovuta ad un apporto di ossigeno insufficiente ad assecondare la richiesta metabolica.
L¿omeostasi dell¿ossigeno nei tessuti è mantenuta da un sofisticato meccanismo fisiologico che comprende la cattura, il legame, il trasporto ed infine il rilascio di ossigeno molecolare alle cellule. E¿ noto che nelle cellule con scarso apporto di ossigeno vengono attivate una serie di strategie di adattamento all¿ipossia volte ad aumentare la tolleranza cellulare al danno ipossico. Tra questi meccanismi vengono annoverati:
- la produzione endoteliale di ossido nitrico (stimolata dalle alterate concentrazioni di Ca++ e dalla presenza di ossiradicali ¿ROS, reactive oxygen species) che inibisce parzialmente e reversibilmente i complessi enzimatici della catena respiratoria mitocondriale principale bersaglio della ridotta disponibilità di ossigeno.
- l¿attivazione dei canali sarcolemmali e mitocondriali ATP-dipendentt attivata dalla produzione di ROS, dalla diminuzione di adenosintrifosfato (ATP) e dall¿aumento di Ca++.
- l¿attivazione di un meccanismo di trascrizione genica ad opera del fattore trascrizionale HIF-1 (hypoxia-inducible factor-1). Recentemente è stato osservato in vitro che il ruolo dell¿enzima piruvato deidrogenasi chinasi 1 (PDK1), la cui espressione è HIF-1 dipendente, è coinvolta nel mantenimento dei livelli di ATP richiesti e nell¿ attenuazione della produzione di ROS. Per sopravvivere ai diminuiti livelli di ATP, le cellule ipossiche attivano meccanismi di down-regolazione dei principali processi ad elevato costo energetico.
- L¿inibizione della sintesi proteica avviene mediante l¿inibizione della protein chinasi mTOR (mammalian target of rapamycin)ed eEF2 (eukariotic elongation factor 2) indispensabili rispettivamente nella fase di inizio e di proseguimento della sintesi della catena polipeptidica.
Il programma di ricerca prevede l¿applicazione di un approccio proteomico mediante elettroforesi bidimesionale fluorescente accoppiata a spettrometria di massa allo studio dell¿ipossia in tessuti e fluidi biologici di topo. Quali: tessuto muscolare e cardiaco, cervello, polmone, rene , fegato e plasma L¿approccio proteomico possiede il vantaggio e la capacità di determinare i pattern di espressione proteica differenziale (tra la condizione di controllo-normossia- e la condizione di interesse-ipossia) producendo dati riguardo l¿attivazione e/o l¿inibizione di determinati pathways metabolici.