Mitocondriogenesi indotta da ossido nitrico: studio delle dinamiche mitocondriali in modelli animali di sindrome metabolica e in soggetti normopeso e obesi
ProjectAbbiamo recentemente dimostrato che l'ossido nitrico (NO) prodotto dall'enzima eNOS (endothelial nitric oxide synthase) stimola i processi mitocondriogenetici in diverse cellule dei mammiferi (Nisoli et al., Science 299: 864-869, 2003; Nisoli et al., Proc Natl Acad Sci USA 101: 16507-16512, 2004). L'effetto dell'NO è mediato dal GMP ciclico (cGMP) e dall'induzione del PGC-1alpha, un coattivatore del recettore nucleare PPARgamma che regola i processi di mitocondriogenesi.
La mitocondriogenesi non implica soltanto un aumento del numero dei mitocondri ma l'attivazione della loro funzione, assicurata dal trasporto di proteine mitocondriali dal citoplasma ai mitocondri stessi e dai fenomeni di fissione, fusione e traslocazione. Dopo aver dimostrato l'azione in vitro dell'NO, tramite l'analisi dell'effetto di trattamenti acuti e cronici 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), ci siamo focalizzati nella precedente fase del progetto allo studio dei meccanismi di trasporto e di fusione/fissione in modelli animali in cui è stato descritto un alterato bilancio energetico, obesità, insulino resistenza e diabete, situazioni in cui si ipotizzano alterazioni della funzione metabolica a livello dei mitocondri. In particolare, abbiamo esteso gli 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). In tali modelli abbiamo dimostrato una marcata riduzione dei fenomeni mitocondriogenetici nei tessuti metabolicamente attivi (Valerio et al., J Clin Invest 116: 2791-2798, 2006). I nostri risultati più recenti dimostrano una marcata riduzione dei fenomeni di fusione rispetto a quelli di fissione nei tessuti analizzati degli animali obesi.
Nell'ultima fase di questo progetto estenderemo lo studio della dinamica mitocondriale agli adipociti e al tessuto adiposo umano. Tali cellule verranno ottenute da campioni di tessuto adiposo sottocutaneo e viscerale prelevati in soggetti normopeso (BMI < 25; durante interventi chirurgici all'addome per patologie non tumorali né di tipo infiammatorio) e obesi (BMI > 30; durante interventi di chirurgia bariatrica). Gli adipociti ottenuti dai soggetti normopeso verranno trattati acutamente (0-6 ore) o cronicamente (12-72 ore) con i donatori di NO. I fenomeni di fusione/fissione verranno quindi analizzati sia in vitro (adipociti) che in ex vivo (tessuto adiposo). I campioni saranno ottenuti tramite il gruppo diretto dal Prof. Roberto Vettor del Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche dell'Università degli Studi di Padova, gruppo con il quale è in atto da molti anni un intenso lavoro di collaborazione.
La mitocondriogenesi non implica soltanto un aumento del numero dei mitocondri ma l'attivazione della loro funzione, assicurata dal trasporto di proteine mitocondriali dal citoplasma ai mitocondri stessi e dai fenomeni di fissione, fusione e traslocazione. Dopo aver dimostrato l'azione in vitro dell'NO, tramite l'analisi dell'effetto di trattamenti acuti e cronici 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), ci siamo focalizzati nella precedente fase del progetto allo studio dei meccanismi di trasporto e di fusione/fissione in modelli animali in cui è stato descritto un alterato bilancio energetico, obesità, insulino resistenza e diabete, situazioni in cui si ipotizzano alterazioni della funzione metabolica a livello dei mitocondri. In particolare, abbiamo esteso gli 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). In tali modelli abbiamo dimostrato una marcata riduzione dei fenomeni mitocondriogenetici nei tessuti metabolicamente attivi (Valerio et al., J Clin Invest 116: 2791-2798, 2006). I nostri risultati più recenti dimostrano una marcata riduzione dei fenomeni di fusione rispetto a quelli di fissione nei tessuti analizzati degli animali obesi.
Nell'ultima fase di questo progetto estenderemo lo studio della dinamica mitocondriale agli adipociti e al tessuto adiposo umano. Tali cellule verranno ottenute da campioni di tessuto adiposo sottocutaneo e viscerale prelevati in soggetti normopeso (BMI < 25; durante interventi chirurgici all'addome per patologie non tumorali né di tipo infiammatorio) e obesi (BMI > 30; durante interventi di chirurgia bariatrica). Gli adipociti ottenuti dai soggetti normopeso verranno trattati acutamente (0-6 ore) o cronicamente (12-72 ore) con i donatori di NO. I fenomeni di fusione/fissione verranno quindi analizzati sia in vitro (adipociti) che in ex vivo (tessuto adiposo). I campioni saranno ottenuti tramite il gruppo diretto dal Prof. Roberto Vettor del Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche dell'Università degli Studi di Padova, gruppo con il quale è in atto da molti anni un intenso lavoro di collaborazione.