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Stefano Del Duca

Professore ordinario

Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali

Settore scientifico disciplinare: BIO/01 BOTANICA GENERALE

Coordinatore del Corso di Laurea in Scienze biologiche

Temi di ricerca

Parole chiave: morte cellulare programmata autoincompatibilità biologia della riproduzione allergia trasglutaminasi

Caratterizzazione delle omologie di sequenza, strutturali e proprietà immunologiche e funzionali delle diverse transglutaminasi vegetali anche in relazione alla loro distribuzione filogenetica. Autoincompatibilità stilo/stigma-polline negli alberi da frutto e ricaduta sulla produttività. Ruolo della transglutaminasi extracellulare come segnale molecolare e/o fattore di adesione. Modificazioni di antigeni pollinici indotte da variazioni climatiche in relazione alla stimolazione dell'attività transglutaminasica. Impatto sull'allergenicità pollinica e crociata polline-frutto. Studio dell'attività fosfolipasica e transglutaminasica pollinica e possibile riflesso sui fenomeni di allergenicità. Morte cellulare programmata di petali di fiori: modificazioni post-traduzionali catalizzate da transglutaminasi, localizzazione e ruoli dell'enzima Stress biotici ed abiotici: coinvolgimento dell'attività transglutaminasica e fosfolipasica. Impiego biotecnologico delle transglutaminasi su proteine di interesse alimentare.

Le transglutaminasi sono una famiglia di enzimi coinvolti in una serie di attività fisiologiche come conseguenza della catalisi di diverse reazioni su substrati proteici (transamidazione, cross-linking proteico, deamidazione sito specifica, idrolisi del GTP, disolfuro isomerasi); in qualche caso la loro azione biologica è dovuta a specifiche azioni non catalitiche come lo “scaffolding” del citoscheletro per mantenere l'integrità della membrana e l'adesione cellulare. Componenti della famiglia delle transglutaminasi sono presenti ed attivi in tutte le parti delle piante superiori finora esaminate suggerendo che la loro distribuzione sia ubiquitaria nell'organismo. Una di queste forme enzimatiche è stata sequenziata, per la prima volta nelle piante, in questo laboratorio e i suoi ruoli sono allo studio in piante knock-out di Arabidopsis. Fra le altre forme studiate, quelle dei cloroplasti hanno un effetto stabilizzante e protettivo sui fotosistemi e quelle polliniche, in particolare localizzate nelle pareti cellulari, sono forse coinvolte nell' organizzazione e modificazione della parete nonchè nell'interazione con l'ambiente extracellulare. Talune di queste forme sono allo studio per caratterizzarle dal punto di vista delle loro omologie di sequenza e strutturali, e delle proprietà immunologiche e funzionali. Alcuni nostri dati precedenti avevano mostrato la presenza dell'enzima anche in alghe verdi unicellulari. Ricerche sono in corso per verificare la distribuzione di tali forme enzimatiche in vegetali di diverso rango tassonomico per valutarne l' ubiquitarietà in relazione alla distribuzione filogenetica. Nello studio sull'autoincompatibilità stilo/stigma-polline negli alberi da frutto, si analizzerà il ruolo della transglutaminasi extracellulare come segnale molecolare e/o fattore di adesione. Si studieranno i prodotti della catalisi delle transglutaminasi su: 1) proteine codificate dal locus S, come le ribonucleasi, 2) proteine coinvolte nei meccanismi di incompatibilità come quelle del citoscheletro, della parete e del mezzo intercellulare, 3) proteine responsabili dell'adesione cellulare. I principali obiettivi sono: la purificazione della transglutaminasi pollinica e la sua caratterizzazione biochimica; stabilire un ruolo per la transglutaminasi nella risposta di autoincompatibilità stilo/stigma-polline nei fruttiferi, nei quali la regolazione della compatibilità fra le specie è strettamente legata alla produzione ed ha quindi forti implicazioni agro-economiche. Nello studio sull'incremento dell'allergia pollinica indotto da variazioni climatiche e inquinanti atmosferici, poiché l'attività transglutaminasica è fortemente aumentata dagli stress, si ipotizza che possa essere coinvolta nell'aumento dell'allergenicità di polline esposto a stress climatico. Il meccanismo con cui la transglutaminasi agisce, sembra consistere nella modificazione di antigeni presenti nella parete cellulare o attraverso l'attivazione della fosfolipasi A2, il fattore responsabile della risposta infiammatoria umana a seguito del contatto con il polline. Nel progetto sulla morte cellulare programmata nelle piante, poiché in tale fenomeno vi sono aspetti ancora poco chiari, in particolare a livello dei singoli compartimenti cellulari, la ricerca del gruppo è tesa a chiarire il coinvolgimento dell'enzima transglutaminasi nei fenomeni di morte analogamente a quanto avviene in sistemi animali modello dove l'enzima è considerato un marker del fenomeno. Il modello vegetale utilizzato è la corolla di Nicotiana tabacum in cui presenza ed attività dell'enzima vengono studiati durante gli stadi vitali di crescita, senescenza e morte cellulare e in frazioni subcellulari arricchite, quali cloroplasti, pareti, frazione solubile e microsomale. In parallelo vengono studiati gli effetti che una classe di molecole substrato dell'enzima, le poliamine, ha sulla modulazione della senescenza valutandone dosi e durata di somministrazione in dipendenza dagli stadi di sviluppo della corolla. Parte della ricerca si rivolge ad aspetti applicativi nel settore florovivaistico, tesi a rallentare i processi di senescenza del fiore reciso utilizzando molecole a basso impatto ambientale. Lo studio sugli stress biotici ed abiotici verrà condotto su piante di tabacco nelle quali si studierà lo stress biotico quale la risposta HR indotta dall'infezione virale e lo stress meccanico da ferita. In entrambi i casi verrà valutata l'attività TGasica. Si studierà comparativamente la risposta allo stress meccanico e quella indotta dal virus, per verificare se uno o entrambi tali tipi di stress abbiano influenza sull'attività TGasica e quindi se questi enzimi possano essere coinvolti nei meccanismi molecolari della risposta. Un altro filone della ricerca riguarda l'impiego biotecnologico della transglutaminasi e l'importanza delle sue proprietà reticolanti proteine di interesse alimentare, in particolare prolammine e globuline; le proteine modificate verranno utilizzate per gli impasti al fine di ottenere prodotti da forno con proprietà organolettiche e shelf-life migliorate rispetto alle farine non trattate con l'enzima.