Descrizione del modulo "Sistemi boenergetici di membrana: meccanismi funzionali e fisiopatologia. (SV.P14.005.001)"

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  • Descrizione del modulo "Sistemi boenergetici di membrana: meccanismi funzionali e fisiopatologia. (SV.P14.005.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le relazioni struttura/funzione dei complessi della fosforilazione ossidativa in condizioni fisio-patologiche, la biogenesi mitocondriale, il ruolo dei mitocondri nell'apoptosi e nei tumori, le interazioni funzionali proteine-fosfolipidi a livello mitocondriale e la trasduzione del segnale a livello mitocondriale sono aspetti di fondamentale importanza, non solo per la conoscenza di base, ma anche per lo sviluppo di sonde molecolari per una nuova strategia diagnostica ed approcci farmacologici per la prevenzione e la cura di patologie umane sia di tipo degenerativo che neoplastico. La possibilità di modulare l'NMD ha importanti implicazioni nel trattamento delle malattie ereditarie associate a mutazioni nonsenso. In tale contesto, l'utilizzo del lievito S. cerevisiae per l'HTS di farmaci utili nella terapia di malattie genetiche causate da mutazioni nonsenso ha notevoli potenzialità. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Meccanismi molecolari del trasferimento di energia (pompa protonica della citocromo c ossidasi di mammiferi e batteri).Meccanismi di controllo cellulare dell'espressione a livello trascrizionale,traduzionale e post-traduzionale dei complessi della catena respiratoria ed in particolare del complesso I. Meccanismi patogenetici in forme familiari di Parkinson, sindrome di Down,tumori K-ras ed in malattie neurologiche ereditarie mitocondriali. Effetto di agenti polifenolici sulla biogenesi mitocondriale. Studio della sub-compartimentalizzazione cellulare dell'AMP ciclico (AMPc) e suo effetto sulla respirazione mitocondriale. Caratterizzazione proteomica di cellule della mucosa nasale in diverse forme di rinopatie naso-sinusali. Sistemi di ossidazione dell'NADH citosolico da parte dei mitocondri in diverse condizioni fisiopatologiche. Relazioni funzionali tra geni nucleari coinvolti nella biogenesi dei mitocondri e nel \"nonsense-mediated mRNA decay\" (NMD) e fattori di regolazione. Implicazioni del NMD nelle malattie genetiche causate da mutazioni nonsenso. Il lievito S. cerevisiae come sistema genetico per l'espressione di proteine eterologhe di interesse biomedico e/o biotecnologico. (literal)
Competenze
  • Competenze nel campo della Biologia cellulare, Biochimica, Biologia Molecolare e Genetica Molecolare con particolare riferimento a: Allestimento e mantenimento di colture di cellule umane, murine e di lievito (Saccharomyces cerevisiae). Allestimento e mantenimento di colture batteriche ad habitus unicellulare e miceliale. Bioenergetica e biogenesi mitocondriale. Studio dell'espressione genica in colture cellulari e batteriche. Caratterizzazione strutturale e funzionale dei sistemi OXPHOS mitocondriali e batterici. Proteomica e fosfoproteomica. Meccanismi di regolazione della via mitocondriale dell'apoptosi. Meccanismi di trasduzione del segnale. Analisi mutazionale di geni nucleari e mitocondriali. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Tra le numerose varietà di microrganismi aerobi, ve ne sono alcune, ad oggi poco caratterizzate, che producono sostanze bioreattive di potenziale interesse industriale e medico come antibiotici di nuova generazione. Il chiarimento della struttura, della catalisi redox e dei meccanismi di conversione e conservazione dell'energia da parte delle catene respiratorie di tali microrganismi, così come l'identificazione e la caratterizzazione dei geni codificanti i complessi della fosforilazione ossidativa, oltre a contribuire alla conoscenza di un processo vitale fondamentale, possono rappresentare un importante riferimento per l'individuazione di condizioni ottimali di crescita e/o produzione e per la selezione o creazione di ceppi alto-produttori di metaboliti di elevato interesse industriale. Lo sviluppo di sonde e nuove metodologie per la diagnostica molecolare di malattie genetiche neurologiche potrà essere strumentale per la proposta di progetto nazionale interdipartimenti CNR su Encefalomiopatie Mitocondriali.Produzione in S. cerevisiae di proteine eterologhe ricombinanti di interesse biotecnologico. (literal)
Tecnologie
  • Manipolazione genetica di cellule umane in coltura (linee cellulari) mediante transfezione. Manipolazione genetica di cellule di lievito. (literal)
Obiettivi
  • Chiarimento dei meccanismi catalitici dei complessi della fosforilazione ossidativa. Analisi genica e biochimica dei complessi respiratori in patologia umana. Impatto della cascata dell'AMP ciclico e della sua compartimentalizzazione sul sistema della fosforilazione ossidativa in condizioni fisiopatologiche come invecchiamento, Parkinson e tumori K-ras.Valutazione dell'effetto dell'ipossia sulla velocita' di ossidazione dell'NADH citosolico Incrementare la conoscenza sul contributo di geni nucleari nella biogenesi dei mitocondri e sui meccanismi di funzionamento del NMD ai fini dello sviluppo di trattamenti delle malattie genetiche associate a mutazioni nonsenso (PTC), alternativi alla terapia genica. Chiarimento dei meccanismi patogenetici del Parkinson Caratterizzazione dei meccanismi di regolazione genica del metabolismo secondario responsabile della produzione di molecole bioattive in attinomiceti di interesse industriale. (literal)
Stato dell'arte
  • L'analisi cristallografica, spettroscopica e biofisica dei sistemi di membrana trasduttori di energia fornisce nuovo know how per la definizione dei meccanismi molecolari dei sistemi di trasferimento di energia nelle membrane biologiche. Avanzamenti di genomica e proteomica hanno rivelato un ruolo centrale dei mitocondri nella crescita, nel differenziamento e nella morte cellulare. La biogenesi e funzionalità dei sistemi della fosforilazione ossidativa sono controllati dalla cascata dell'AMP ciclico che è alterata in alcune patologie neurodegenerative ed in tumori K-ras con associato danno mitocondriale in particolare del complesso I. Un numero crescente di patologie è associato a un ruolo decisivo dei mitocondri (monogeniche) o complementare (neurodegenerative sporadiche e tumori). Un terzo delle malattie genetiche è causato da mutazioni nonsenso che generano codoni di stop prematuri (PTCs). Le conseguenze funzionali dei PTC possono essere alleviate da composti capaci di sopprimere i PTCs e dalla modulazione negativa del \"nonsense mediated mRNA decay\"(NMD). Le rinopatie nasali,patologie assai diffuse,comportano cambiamenti del pattern proteico nelle cellule della mucosa nasale. (literal)
Tecniche di indagine
  • Misure spettrofotofluorimetriche e potenziometriche su complessi respiratori mitocondriali e batterici. Saggi di funzionalità mitocondriale (indice di controllo respiratorio, dosaggi di attività enzimatica, produzione di ROS, poro di transizione di permeabilità). Trasfezione di cDNA. Sequenziamento del DNA. Analisi dell'espressione genica e della biosintesi delle proteine. Northern Blotting, Western Blotting, Southern blotting. Analisi dell'immagine. Analisi quantitativa di trascritti in cellule eucariotiche e batteriche tramite real-time RT-PCR. Spettrometria di massa. Laboratorio di proteomica (literal)
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