Mitocondriogenesi indotta da ossido nitrico: studio delle dinamiche mitocondriali in modelli animali di sindrome metabolica
Progetto Il nostro gruppo di ricerca ha recentemente dimostrato che l¿ossido nitrico (NO) prodotto dall¿enzima eNOS (endothelial nitric oxide synthase) è in grado di stimolare i processi mitocondriogenetici in diverse cellule dei mammiferi (Nisoli et al., Science 299: 864-869, 2003). L¿effetto dell¿NO è mediato dal GMP ciclico (cGMP) e dall¿induzione del PGC-1alpha, un coattivatore del recettore nucleare PPARgamma (coinvolto nei processi differenziativi degli adipociti e nella regolazione dell¿espressione genica) che regola i processi di genesi mitocondriale. Inoltre, abbiamo dimostrato come la mitocondriogenesi NO-mediata sia funzionale. Infatti il trattamento con donatori di NO induce un aumento del consumo di ossigeno e della produzione di ATP in diversi tipi cellulari (Nisoli et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 101: 16507-16512, 2004).
Il fenomeno della mitocondriogenesi implica non soltanto un aumento del numero dei mitocondri ma l¿attivazione della loro funzione, assicurata anche dal trasporto di proteine mitocondriali dal citoplasma ai mitocondri stessi. Questo processo dipende dall¿attività di trasportatori cellulari tra cui la heat shock protein 70 (HSP70). Abbiamo scoperto che l¿NO esercita un¿azione specifica sulla HSP70 (Nisoli et al., Int J Obes Relat Metab Disord. 25: 1421-1430, 2001). Inoltre, gli studi più recenti evidenziano che i mitocondri non sono strutture statiche, ma sono oggetto di modificazioni plastiche nella propria morfologia, tramite fenomeni di fissione, fusione e traslocazione. E¿ ipotizzabile l¿esistenza di una complessa relazione tra la struttura mitocondriale e la funzionalità di questi organelli. Abbiamo, dunque, studiato l¿azione dell¿NO su tali sistemi di trasporto. Nella fase del progetto appena terminata abbiamo analizzato l¿effetto di trattamenti acuti (0-6 ore) e cronici (12-72 ore) con donatori di NO (SNAP, GSNO, DETA-NO) sull¿espressione delle proteine coinvolte sia nel trasporto (TIM e TOM proteins) che nei meccanismi di fusione/fissione mitocondriali (mitofusina 1 e 2, Drp-1, OPA-1).
Scopo della prossima fase di ricerca sarà quello di estendere i risultati ottenuti in vitro a modelli animali in cui è stato descritto un alterato bilancio energetico, insulino resistenza e diabete, miopatie, situazioni in cui si ipotizzano alterazioni della funzione metabolica a livello dei mitocondri. In particolare, estenderemo questi studi di dinamica mitocondriale ai tessuti metabolicamente attivi (tessuto adiposo bianco, tessuto adiposo bruno e muscolo scheletrico) ottenuti da animali geneticamente obesi (topi ob/ob e ratti fa/fa) o la cui obesità viene indotta da una dieta ricca in grassi (topi DIO). Infatti, recentemente abbiamo dimostrato in tali modelli una marcata riduzione dei fenomeni mitocondriogenetici nei tessuti metabolicamente attivi (Valerio et al., J Clin Invest 116: 2791-2798, 2006).