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La sindrome di Cockayne è una malattia rara (incidenza: 1/200.000) multisistemica caratterizzata da gravi difetti nello sviluppo fisico e mentale, disfunzione neurologica progressiva e invecchiamento precoce. Altre manifestazioni comprendono microcefalia (ridotte dimensioni della testa), cachessia (grave deperimento fisico) e fotosensibilità cutanea. La sindrome è causata nel 20% dei casi da una mutazione nel gene CSA (o ERCC8) e nell’80% dei casi nel gene CSB (o ERCC6), che codificano per proteine coinvolte nei processi di trascrizione e riparazione del DNA. In particolare, la sindrome è caratterizzata da un difetto nel meccanismo di riparazione associato alla trascrizione (TCR), un sottotipo del meccanismo di riparazione per escissione di nucleotidi (NER), coinvolto nella riparazione delle lesioni del DNA indotte dalle radiazioni UV nei geni attivamente trascritti.Le caratteristiche cliniche dei pazienti CS non possono comunque essere esclusivamente ricondotte ad un difetto nella riparazione del danno da luce UV; è infatti ormai ben documentato che le proteine CS sono coinvolte anche nella riparazione del danno ossidativo, il cui ruolo nelle malattie neurodegenerative è ampiamente dimostrato. Studi recenti hanno individuato un altro ruolo importante delle proteine CS nel controllo della stabilità dei mitocondri, che insieme alla NADPH ossidasi, rappresentano una delle principali fonti di specie reattive dell’ossigeno (ROS).

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Recentemente, abbiamo dimostrato che le cellule CS presentano un alterato equilibrio redox con elevati livelli intracellulari di ROS, alterazioni della funzionalità mitocondriale e del metabolismo ossidativo (Pascucci et al., 2012). Mediante l’uso della risonanza magnetica (NMR), abbiamo visto che le cellule CS presentano livelli più elevati, rispetto a cellule normali, di metaboliti implicati nella glicolisi, quali il lattato e l’alanina, e alti livelli di glutammato, valina e isoleucina a dimostrazione di un’alterazione del ciclo di Krebs. Questi cambiamenti metabolici suggeriscono che gli alti livelli dei ROS intracellulari possono modificare il metabolismo delle cellule CS, e questo è stato confermato dalla parziale reversione del profilo metabolico in seguito al trattamento con un antiossidante generico quale l’N-acetilcisteina (NAC). Abbiamo dimostrato inoltre che il profilo metabolico è in grado di discriminare chiaramente le cellule CS da quelle normali, e potrebbe quindi essere utilizzato come un possibile fingerprint dello stato patologico. Inoltre, la reversione dell’alterazione metabolica da parte del NAC suggerisce che il ciclo continuo di danno mitocondriale e stress ossidativo può avere un ruolo causale nella patofisiologia di CS e indica la potenzialità delle sostanze anti-ossidanti come strumenti terapeutici.
Molti studi individuano come fattore responsabile delle malattie neurodegenerative un malfunzionamento del mitocondrio, un aumento del danno ossidativo, una ridotta funzionalità degli enzimi antiossidanti e, più recentemente, un alterato meccanismo autofagico. Noi abbiamo osservato che le cellule CS presentano un’attivazione del processo autofagico (come dimostrato dall’accumulo di LC3 in presenza di inibitori autofagici), in accordo con la perdita del potenziale di membrana mitocondriale. Abbiamo riscontrato alterazioni nella distribuzione e nella morfologia mitocondriale spesso associate con le alterazioni del metabolismo bioenergetico. In particolare, mediante esperimenti di immunofluorescenza, utilizzando marcatori specifici mitocondriali, abbiamo osservato che i mitocondri dei fibroblasti CS non presentano una distribuzione perinucleare, tipica dei fibroblasti normali, ma piuttosto sono diffusi nel citoplasma e hanno una struttura frammentata.
Le alterazioni osservate sia nel processo autofagico che nella morfologia e dinamica mitocondriale sono compatibili con un’alterazione dell’equilibrio redox che caratterizza le cellule CS.
IC-CNR barbara.pascucci@ic.cnr.it

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