QUANTITATIVE LIPIDOMICS AND PROTEOMICS IN MEDICINAL CHEMISTRY
Creators: name: RADREZZA, SILVIA
Publisher: name: Universit� degli Studi di Milano
Year: 2022

description: Le scienze omiche sono attualmente in fase di sviluppo offrendo una nuova prospettiva dell'ambiente cellulare e dell'organismo. Tra queste, la genomica e la proteomica sono tra le pi� sviluppate. Al contrario, la lipidomica � ancora un campo emergente. L'importanza di fornire un forte approccio metodologico abbinato ad una rigorosa interpretazione dei dati � spiegata dalla recente scoperta del ruolo chiave dei lipidi come componenti strutturali e fonte energetica ma anche in molti processi biologici (secondi messaggeri, regolatori delle interazioni intercellulari e di carica superficiale, coinvolgimento in malattie metaboliche, cancro ecc.). La spettrometria di massa, grazie ai recenti e significativi progressi, � il metodo analitico pi� adatto in molte delle scienze omiche nonostante la loro integrazione sia ancora agli inizi e sia necessaria un'attenta ottimizzazione dei protocolli. Tuttavia, considerata la complessit� molecolare, solo una visione multi-omica pu� darci un quadro completo dei processi intra- ed extra-cellulari in condizioni fisiologiche e patologiche nonch� in risposta ad un'esposizione ambientale o chimica per contribuire infine al campo della medicina di precisione. Il progetto di ricerca qui presentato mira quindi a fornire prospettive di proteomica e lipidomica, sia come approccio singolo che integrato, a diverse domande di ricerca mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione. L'indagine sul proteoma cutaneo di topi glabri mi ha permesso di mostrare come il peptide endogeno ?-alanil-L-istidina (carnosina) agisca in difesa dei danni UV-A. Infatti, diversi importanti sistemi proteici hanno mostrato un'alterazione del trattamento con UV-A tra cui il pathway di segnale del calcio, la funzione mitocondriale o l'espressione della sirtuina, che sono stati tutti ripristinati da un trattamento preventivo della pelle mediante un'applicazione topica di carnosina. Queste alterazioni proteomiche potrebbero derivare (almeno in parte) da ROS generati da UV-A, o/e dalla generazione di prodotti di ossidazione lipidica (HNE, acroleina) derivanti dalla perossidazione di acidi grassi polinsaturi. L'implicazione di tali agenti � enfatizzata dalla potente efficacia del trattamento nel ripristinare un normale profilo proteomico delle pelli trattate con UV-A, in accordo con la sua capacit� di neutralizzare la formazione di addotti sulle proteine e la loro successiva modificazione, ripristinando cos� la loro funzione. Passando alla lipidomica, l'importanza biologica recentemente dimostrata dagli esteri degli acidi grassi degli idrossiacidi grassi (FAHFA) ha richiesto l'ottimizzazione di un metodo su misura per la loro identificazione e quantificazione nella matrice umana. Infatti, crescenti evidenze sui ruoli fisiologici dei FAHFA, compresi quelli antinfiammatori, antidiabetici e immunomodulatori, motivano una pi� ampia caratterizzazione di questi lipidi come possibili biomarcatori e bersagli terapeutici per condizioni patologiche come il diabete o l'obesit�. Tuttavia, la bassa concentrazione nei tessuti umani, la grande eterogeneit� della struttura e il fatto che la maggior quantit� di FAHFAs nelle cellule � incorporata nei trigliceridi sfidano gli attuali metodi analitici per la loro accurata identificazione e quantificazione. La preparazione dei campioni ottenuta e l'ottimizzazione del metodo strumentale hanno tuttavia permesso con successo di isolare, rilevare e quantificare per la prima volta FAHFA endogeni sul tessuto adiposo umano indicando alterazioni significative basate sullo stato metabolico (soggetti obesi insulino-sensibili o resistenti vs soggetti magri) e porzioni di tessuto adiposo (viscerale vs sottocutaneo). Questi risultati saranno utili per comprendere meglio le potenzialit� biologiche di questi lipidi bioattivi nelle patologie metaboliche. Infine, i due studi multi-omici condotti in questo percorso di dottorato hanno avuto rispettivamente lo scopo di valutare gli effetti molecolari dell'acido ialuronico a basso peso molecolare (LMW-HA) nel proteoma e lipidoma di fibroblasti dermici umani e di analizzare i cambiamenti del profilo lipidomico e proteomico indotti dal trattamento di prevenzione con ?-Orizanolo in ratti obesi. LMW-HA ha mostrato un impatto sia sul profilo proteomico che lipidico, principalmente a una concentrazione pari allo 0.50%. I risultati di proteomica non solo sono stati confermati ma anche corroborati da quelli di lipidomica e dall?integrazione dei due approcci. Infatti, la funzionalit� dei mitocondri, la maturazione delle cellule e il metabolismo dei lipidi si sono stati dimostrati in linea. Per quanto riguarda le modificazioni del lipidoma, abbiamo visto un particolare aumento di ceramidi, trigliceridi ed esteri del colesterolo, tutti coinvolti nell'idratazione della pelle e nel rinnovamento dell'epidermide sostenendo il ruolo benefico dell? acido ialuronico a basso peso molecolare come ingrediente cosmetico. Tuttavia, il corretto equilibrio tra la loro sintesi e metabolismo � fondamentale per il benessere della pelle e ulteriori studi sono necessari per l?approfondimento di queste dinamiche. La valutazione degli effetti del ?-Orizanolo (Orz), invece, ha fornito solo uno scarso numero di alterazioni significative plasmatiche sia nel proteoma che nel lipidoma probabilmente a causa della debolezza del modello animale. Sono dunque necessari ulteriori studi per confermare la rilevanza biologica di Orz mostrata finora principalmente da test biologici. Per concludere, sebbene molte domande relative a questi temi di ricerca siano ancora senza risposta e altre omiche dovrebbero essere incluse in una visione integrativa (metabolomica ad esempio), durante questo percorso multidisciplinare di dottorato ho apprezzato la complessit� e il valore dell?approccio omico nell'approfondire le nostre conoscenze in diversi campi di ricerca permettendo di avvicinarsi sempre pi� alla medicina di precisione, obiettivo finale di tutte le scienze omiche.