Abstract
L'invecchiamento umano è un processo caratterizzato da numerosi cambiamenti nella biologia cellulare, che includono modificazioni del metabolismo energetico, della composizione corporea, delle risposte immunitarie e infiammatorie. Tra i mediatori di queste modifiche, il Growth Differentiation Factor 15 (GDF15) sta emergendo come uno dei più rilevanti, essendo inoltre una delle proteine maggiormente up-regolate durante l'invecchiamento. GDF15 agisce centralmente per controllare l'appetito, il peso corporeo e l'equilibrio energetico, nonché l'emesi e nausea, due effetti che portano ad anoressia patologica. GDF15 agisce anche nei tessuti periferici aumentando la lipolisi, il metabolismo ossidativo e la termogenesi, processi cellulari associati alla riduzione della resistenza all'insulina e dell'infiammazione. Tuttavia, il suo ruolo patofisiologico è ancora poco compreso, poiché diversi studi hanno suggerito opposto funzioni per questa proteina. In particolare, non è ancora chiaro se i livelli aumentati di GDF15 osservati in età avanzata abbiano effetti dannosi o benefici/protettivi sull’organismo. In effetti, un aumento dei livelli circolanti di GDF15 è stato associato alla cachessia e a molte malattie associate all'età (ARDS) come sarcopenia, cancro, malattie cardiovascolari, ipertensione, disturbi metabolici e Diabete di tipo 2, disfunzione renale e malattie infiammatorie croniche. In questo progetto si ipotizza che GDF15 possa rappresentare un potenziale obiettivo sia per le strategie anti-invecchiamento sia per il trattamento/alleviazione di specifici sintomi di condizioni come la sarcopenia o la cachessia tumorale. Di conseguenza, il primo obiettivo del presente progetto è chiarire il ruolo di GDF15 durante l'invecchiamento utilizzando il modello in vitro di fibroblasti dermici primari (DFS) ottenuti da donatori di età diversa, dai giovani ai centenari, investigando l'espressione genica a livello whole genome, in seguito alla downregulation di GDF15. Lo studio verrà quindi esteso all’espressione di GDF15 in campioni prelevati ex vivo da soggetti adulti e vecchi (dai 40 a 95 anni) con atrofia muscolare, una condizione associata ad un aumento dei livelli circolanti di GDF15. Un secondo obiettivo di questa proposta è quella di eseguire uno studio chemoinformatico in silico al fine di identificare piccole molecole organiche (SOM) potenzialmente in grado di disassemblare il dimero funzionale di GDF15 da utilizzare per colpire la segnalazione GDF15 per future prospettive terapeutiche in cui l'inibizione di GDF15 potrebbe essere auspicabile, come la cachessia tumorale o la sarcopenia legata all'età. Le SOM identificate verranno quindi testate in vitro sulle medesime colture di DFS e i risultati saranno confrontati con quelli ottenuti dal silenziamento di GDF15 ottenuto mediante siRNA. Risultati attesi La proteina denominata “Growth and Differentiation Factor 15” (GDF15) è una molecola di espressa in diversi tessuti, in particolare in risposta allo stress mitocondriale. Fra le principali attività fisiologiche di GDF15 vi sono la regolazione del peso corporeo, della lipolisi, del metabolismo ossidativo e dei processi infiammatori; svolge inoltre un importante ruolo per l’impianto dell’embrione a livello uterino. Infine GDF15 è parte del fenotipo secretorio associato alla senescenza cellulare. GDF15 è stato associato a diverse patologie, in particolare a diabete di tipo 2, sarcopenia (diminuzione di forza e massa muscolare), malattie cardiovascolari, ipertensione, malattie neurodegenerative e disfunzioni renali. GDF15 è stato anche associato a molti tipi di cancro e soprattutto alla cachessia neoplastica (perdita di massa corporea e inappetenza riscontrata in molti pazienti oncologici), e sta emergendo inoltre come uno dei fattori circolanti maggiormente aumentati in corso di invecchiamento. Il Progetto di ricerca PRIN 2022KS8T4N “GDF15 as a key player and a potential target to tackle ageing and age-associated diseases: an in silico, in vitro and ex vivo study” finanziato dall'Unione europea attraverso NextGenerationEU nell'ambito del PNRR, si poneva due obiettivi, il primo era quello di chiarire il ruolo di GDF15 durante l'invecchiamento studiando gli effetti della sua deplezione sull'espressione genica a livello dell'intero genoma in fibroblasti dermici (DF) da soggetti di diversa età, e analizzando l'espressione di GDF15 in campioni raccolti da soggetti adulti e anziani (dai 40 ai 95 anni) con atrofia muscolare, una condizione associata ad un aumento dei livelli circolanti di GDF15. Abbiamo documentato che i DF di donatori giovani mostrano maggiore suscettibilità di quelli da soggetti anziani in risposta alla deplezione di GDF15 e che solo una minima parte dei geni interessati è condivisa da entrambi i gruppi. Abbiamo inoltre scoperto che la senescenza cellulare dei DF indotta da silenziamento di Plin2, una proteina coinvolta nello stoccaggio dei lipidi, appare mediata da GDF15. Infine, abbiamo riportato che GDF15 è maggiormente espresso nei muscoli di persone attive rispetto a quelli con atrofia muscolare, che paradossalmente mostrano invece livelli maggiori di GDF15 a livello circolante. Il secondo obiettivo prevedeva di condurre uno studio chemoinformatico in silico per identificare piccole molecole organiche potenzialmente in grado di disassemblare il dimero funzionale di GDF15. Queste molecole potrebbero essere utilizzate per future applicazioni terapeutiche in cui l'inibizione di GDF15 sarebbe auspicabile, come in caso di cachessia neoplastica o sarcopenia legata all'età. A tal fine abbiamo identificato 6 molecole potenzialmente in grado di legare le forme monomeriche o dimeriche di GDF15. Tali molecole sono state quindi testate in vitro, e tra queste una (denominata D) si è rivelata particolarmente promettente, in quanto in grado di perturbare la stabilità del dimero di GDF15 e l'interazione di GDF15 col suo recettore GFRAL. Inoltre, tale molecola ha modulato significativamente geni e proteine a valle della via di segnalazione di GDF15, come IL-6 e NF-κB. Tutti questi risultati sono stati pubblicati su riviste scientifiche internazionali con peer-review e in modalità open access (sono liberamente scaricabili in formato pdf dal sito web delle riviste). 1: Chiariello A, Lenti L, Trofarello L, Sollazzo M, Lauriola M, Del Rio A, Salvioli S, Parenti MD, Conte M. Structure-guided identification of small molecules potentially able to modulate GDF15 activity. Sci Rep. 2026 May 7. doi:10.1038/s41598-026-51932-x. Epub ahead of print. 2: Chiariello A, Conte G, Rossetti L, Trofarello L, Salvioli S, Conte M. Different roles of circulating and intramuscular GDF15 as markers of skeletal muscle health. Front Endocrinol (Lausanne). 2024 May 14;15:1404047. doi:10.3389/fendo.2024.1404047. 3: Chiariello A, Rossetti L, Valente S, Pasquinelli G, Sollazzo M, Iommarini L, Porcelli AM, Tognocchi M, Conte G, Santoro A, Kwiatkowska KM, Garagnani P, Salvioli S, Conte M. Downregulation of PLIN2 in human dermal fibroblasts impairs mitochondrial function in an age-dependent fashion and induces cell senescence via GDF15. Aging Cell. 2024 May;23(5):e14111. doi: 10.1111/acel.14111.
Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Stefano Salvioli
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 219.917,00
Contributo totale Unibo: Euro (EUR) 143.864,00
Durata del progetto in mesi: 24
Data di inizio
18/10/2023
Data di fine:
28/02/2026
