Abstract
La fibrosi cistica (FC) è considerata una patologia rara ed è la più comune malattia ereditaria letale tra i caucasici a livello mondiale. Negli ultimi decenni, sono stati ottenuti progressi significativi nella comprensione del difetto fondamentale della FC e nello sviluppo di nuove terapie, denominate "modulatori CFTR", che agiscono sulla proteina mutata per recuperarne in parte la funzione difettosa. Nonostante questi entusiasmanti miglioramenti terapeutici, diverse domande rimangono senza risposta riguardo alla patologia polmonare della FC. Sempre più evidenze supportano l'idea che l'esacerbazione dell'infiammazione polmonare in presenza di FC dipenda anche da un dialogo alterato tra le cellule delle vie aeree e quelle immunitarie. Tuttavia, questa comunicazione intercellulare è ancora ampiamente oscura; pertanto, concetti e approcci innovativi sono disperatamente necessari per scoprire questo aspetto della patologia polmonare della FC, emergendo come un nuovo bersaglio per lo sviluppo di trattamenti antinfiammatori più efficaci. Attualmente, è ben documentato che, oltre alla comunicazione endocrina e paracrina tradizionale, le cellule conversano tramite vescicole extracellulari (EVs) in condizioni fisio-patologiche. Il carico delle EVs include proteine della membrana plasmatica ed endosomiali, ma le EVs contengono anche materiale proveniente da altri compartimenti cellulari, inclusi i mitocondri. Recenti evidenze suggeriscono che le vescicole derivate dai mitocondri (MDVs) possono essere trasferite e che il contenuto mitocondriale può alterare la risposta metabolica e infiammatoria delle cellule riceventi. I livelli e il carico delle MDVs possono essere modificati quando si verifica una disfunzione mitocondriale, indicando che la biogenesi e il rilascio delle MDVs sono condizionati dall'insorgenza di diverse condizioni patologiche in cui la fisiologia mitocondriale è compromessa. Ciò potrebbe avere importanti implicazioni per la loro progressione patologica e il trattamento della FC. La disfunzione mitocondriale colpisce il sottoinsieme di costituenti delle MDVs, alterandone i livelli e il carico. Questi processi fisiopatologici potrebbero essere supportati dal fenomeno del poro di transizione della permeabilità mitocondriale (mtPTP) innescato da una bioenergetica compromessa. Nella proposta progettuale verranno valutate le modulazioni farmacologiche e genetiche dell'mtPTP per comprendere la biogenesi e il rilascio delle MDVs in modelli cellulari delle vie aeree sani e con FC. Per comprendere il meccanismo molecolare dell'effetto e della formazione delle MDVs, collegato all'omeostasi mitocondriale, saranno considerati il profilo proteomico delle MDVs,la loro struttura bioenergetica e i parametri mitocondriali. Infine, le cellule immunitarie riceventi ottenute da donatori e pazienti con FC saranno analizzate e validate per l'impatto delle MDVs come immunomodulatori e il loro effetto sul processo e sulle attività correlate ai mitocondri delle cellule immunitarie riceventi. Nel complesso, i processi mitocondriali che collegano la biologia delle MDVs e la dinamica mitocondriale nella malattia della FC saranno considerati per testare nuove strategie terapeutiche e diagnostiche innovative.
Risultati raggiunti
Nel corso del progetto sono stati ottenuti risultati pienamente coerenti con gli obiettivi approvati, dimostrando il ruolo centrale del mitochondrial permeability transition pore (mtPTP) nella regolazione della biogenesi, del rilascio, del cargo e della funzione immunometabolica delle mitochondrial-derived vesicles (MDVs) in modelli cellulari di fibrosi cistica (CF). Gli esperimenti condotti su cellule epiteliali bronchiali CFBE/F508del hanno mostrato che l’infezione da Pseudomonas aeruginosa induce un aumento del calcio mitocondriale con conseguente apertura del mtPTP, perdita del potenziale di membrana e alterazioni morfologiche mitocondriali. Tali eventi promuovono il rilascio di MDVs arricchite in mtDNA e componenti mitocondriali pro-infiammatori. Rispetto alle cellule CFTRwt, le cellule CFBE/F508del infettate rilasciano un numero maggiore di MDVs, caratterizzate da alterazioni dimensionali e maggiore contenuto di mtDNA. La modulazione farmacologica del mtPTP mediante ciclosporina A e nuovi inibitori, in particolare 5C e 6G, ha ridotto l’apertura del poro, preservato la morfologia e la funzionalità mitocondriale, limitato la produzione di radicali liberi e diminuito il rilascio di MDVs e mtDNA durante l’infezione. Questi risultati indicano che il mtPTP rappresenta un nodo regolatorio essenziale nella produzione patologica di MDVs nelle cellule CF. Sono stati inoltre generati modelli cellulari stabili con modulazione di specifiche subunità del mtPTP. L’overespressione della subunità c ha aumentato la suscettibilità all’apertura del poro, aggravando la disfunzione mitocondriale e incrementando il rilascio di MDVs contenenti mtDNA. Parallelamente, sono stati ottenuti cloni con silenziamento parziale delle subunità β ed e, utili per approfondimenti meccanicistici. La caratterizzazione del cargo ha evidenziato che le MDVs derivate da cellule CF presentano un profilo proteomico distinto rispetto a quelle wild-type, con alterazioni di proteine coinvolte nella fosforilazione ossidativa, ciclo di Krebs, catena respiratoria, traduzione mitocondriale, proteostasi e mantenimento del mtDNA. Il trattamento con 6G ha parzialmente ricondotto il profilo proteico delle MDVs CF verso quello delle cellule wild-type. Sul piano funzionale, le MDVs da cellule CFBE/F508del hanno promosso nei macrofagi un profilo pro-infiammatorio, caratterizzato da riduzione della respirazione mitocondriale, aumento della glicolisi e maggiore rilascio di IL-1β e IL-18. Al contrario, le MDVs ottenute da cellule trattate con 5C o 6G hanno preservato la fosforilazione ossidativa e favorito un profilo immunometabolico più anti-infiammatorio. Nel complesso, i risultati ottenuti dimostrano che la disfunzione mitocondriale nelle cellule epiteliali CF viene propagata alle cellule immunitarie attraverso MDVs alterate. La regolazione del mtPTP emerge quindi come strategia promettente per limitare il trasferimento di segnali mitocondriali pro-infiammatori e modulare la risposta immunitaria nella fibrosi cistica.Project details
Unibo Team Leader: Salvatore Nesci
Unibo involved Department/s:
Dipartimento di Scienze Mediche Veterinarie
Coordinator:
Università degli Studi di Ferrara - Amministrazione Centrale(Italy)
Total Unibo Contribution: Euro (EUR) 101.861,00
Project Duration in months: 24
Start Date:
30/11/2023
End Date:
28/02/2026
