Abstract
La disfunzione mitocondriale dovuta a una carenza del Complesso I (CI, NADH: ubichinone ossidoreduttasi) contribuisce all'ipertrofia cardiaca. La delezione della subunità NDUFC2 causa il disassemblaggio del CI e la disfunzione mitocondriale. In questo progetto, l'impatto della delezione della subunità NDUFC2 sul fenotipo cardiaco associato all'ipertensione verrà studiato per comprendere il meccanismo molecolare della disfunzione del CI che è alla base della compromissione della funzione mitocondriale e del fenotipo ipertrofico. Due modelli di ratto verranno utilizzati per studi in vitro ed ex vivo: il Ratto Spontaneamente Iperteso (SHR/wt) e l'SHR eterozigote Ndufc2-KO (SHR/ndufc2+/-). Nei mitocondri cardiaci dei due modelli, investigheremo l'accoppiamento tra la catena di trasporto degli elettroni e il meccanismo di sintesi dell'ATP per fornire informazioni sulla funzione/disfunzione della fosforilazione ossidativa mitocondriale (OXPHOS). Verrà considerato il legame tra il livello di ROS e l'ormesi del potenziale di membrana mitocondriale (mmp), che sono correlati all'organizzazione dei supercomplessi respiratori (SC) e all'evento di apertura del poro di transizione di permeabilità (PTP). I parametri bioenergetici mitocondriali, OXPHOS, mmp, produzione di ROS e attività PTP, la proteomica dei SC e la trascrittomica dei fattori di assemblaggio degli SC verranno confrontati nei cardiomiociti primari SHR/wt e SHR/ndufc2+/-.
Risultati raggiunti
Il progetto ha definito il contributo della disfunzione mitocondriale cardiaca nel fenotipo ipertensivo e nella suscettibilità allo stroke, attraverso l’integrazione di modelli animali, analisi bioenergetiche e studi molecolari associati al gene NDUFC2. Un primo risultato ha riguardato la caratterizzazione dell’evoluzione clinica nei ratti spontaneamente ipertesi stroke-resistant (SHR-SR) e stroke-prone (SHR-SP) sottoposti a dieta normosodica (ND) o dieta giapponese ad alto contenuto salino (JD). Il monitoraggio di pressione sistolica, proteinuria, peso corporeo, stato neurologico, comportamento e condizioni generali ha consentito di distinguere la progressione ipertensiva in assenza di eventi cerebrovascolari dalla fase pre-stroke e dalla fase di manifestazione del fenotipo cerebrovascolare. Tale approccio ha permesso di disporre di un quadro sperimentale controllato per correlare l’evoluzione clinica con le alterazioni biochimiche e mitocondriali. Un secondo risultato ha consistito nell’identificazione di alterazioni funzionali della catena respiratoria mitocondriale nei mitocondri cardiaci isolati. In particolare, l’analisi del controllo di flusso metabolico ha consentito di valutare il ruolo del complesso IV nel controllo dell’ossidazione aerobica NADH-dipendente e di stabilire che il trasferimento elettronico avviene in modo non sempre efficacemente canalizzato attraverso i supercomplessi respiratori. È stato chiarito che ipertensione, background genetico e dieta ad alto contenuto salino compromettono l’efficienza cinetica della catena di trasporto degli elettroni. È stata inoltre definita l’organizzazione supramolecolare dei complessi respiratori mediante 2D BN/SDS-PAGE, con particolare attenzione alla distribuzione tra complessi assemblati in N-respirasomi e Q-respirasomi e forme libere dei complessi respiratori, in particolare del complesso IV. Questa analisi ha permesso di stabilire che la presenza strutturale dei supercomplessi non sempre corrisponde a una reale efficienza funzionale del trasferimento elettronico, evidenziando una possibile dissociazione tra organizzazione strutturale e performance bioenergetica. Un ulteriore risultato ha riguardato la caratterizzazione dell’attività F1FO-ATPasi Mg2+- e Ca2+-dipendente nei diversi gruppi sperimentali. Questa analisi ha mostrato che l’attività dell’enzima è modulata dal tipo di dieta, dal ceppo animale e dal cofattore attivante, e ha indicato che la componente Ca2+-dipendente è associata a processi di permeabilizzazione mitocondriale e transizione verso un fenotipo patologico. Infine, il progetto ha chiarito il possibile ruolo della variante rs11237379/NDUFC2 nel fenotipo cardiaco ipertensivo. I saggi di luciferasi e le analisi molecolari su campioni ematici di soggetti sani e ipertesi con diverso genotipo hanno dimostrato che le regioni genomiche contenenti i genotipi CC o TT possiedono attività regolatoria e sono associate a differenze di espressione e a specifiche alterazioni molecolari. Nel complesso, i risultati raggiunti hanno permesso di definire che l’ipertensione e la suscettibilità allo stroke sono associate a un difetto bioenergetico mitocondriale cardiaco, caratterizzato da alterata organizzazione funzionale della catena respiratoria, modulazione dell’attività F-ATPasica mitocondriale e contributo di determinanti genetici legati a NDUFC2.Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Salvatore Nesci
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze Mediche Veterinarie
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 187.200,00
Contributo totale Unibo: Euro (EUR) 67.200,00
Durata del progetto in mesi: 24
Data di inizio
05/10/2023
Data di fine:
28/02/2026
