Corso di Laurea Specialistica in Biotecnologie Mediche Anno Accademico 2006/2007

La genomica nutrizionale NUTRIGENOMICA studia le interazioni tra dieta e geni. I nutrienti presenti nel cibo possono regolare e/o alterare lespressione e/o la struttura dei geni, oppure possono agire in maniera differente sui vari individui a seconda del loro patrimonio genetico. Studiando il legame che intercorre tra geni, nutrienti specifici e malattie diabete cardiopatie tumori sindromi neurodegenerative invecchiamento sarebbe possibile formulare un programma di alimentazione modellato sul profilo genetico del soggetto.

Il nuovo (?!) campo (o mercato?!) della genomica nutrizionale sta decollando sia in America che in Europa. Allo stato attuale, la genomica nutrizionale non andata molto oltre rispetto alle direttive di sana alimentazione, attente ma pur sempre standard. Il campo della nutrigenomica inoltre si interseca con quello degli alimenti funzionali.

Oggi discutiamo tutti di radicali liberi, presto parleremo di nutrigenomica e nessuno ci risponder nutri che?. Sapremo tutti che la scienza che ci aiuter a restare sani e giovani pi a lungo: come? Intervenendo direttamente sul nostro DNA con la medicina pi consigliata dai tempi di Ippocrate: il CIBO. Lelisir di giovinezza quindi sembra che abbia a che fare con il cibo, con nutrienti disparati come il curry, il vino rosso, il licopene, unit ORAC e il DNA.

ALIMENTAZIONEMetionina Tetraidrofolato S-adenosilmetionina Metionina sintasi Serina Glicina

Accettore di metili Accettore metilato

Vitamina B12S-adenosilomocisteina

5,10 metilentetraidrofolato 5,10 MTHF reduttasi

NADPH NADP +

5 Metiltetraidrofolato Omocisteina

Cistationina b-sintasi

Vitamina B6

uridilato

timidilato

Cistationina

5,10-metenil-THF e 10-formil-THF

Cisteina

Purine: adenina e guanina

Solfato+H O 2

Visione dinsieme del metabolismo dei folati e della vitamina B12Urine

Curry, 'elisir di giovinezza, per il cervelloIl CURCUMINO, pigmento che regala il tipico colore giallo ocra alla spezia orientale, sembrerebbe proteggere i neuroni da malattie degenerative. A scoprire il segreto della popolazione dell'India, dove Alzheimer e Parkinson hanno un'incidenza sette volte minore che negli Usa, uno studio italo-americano condotto dall'Istituto di Scienze Neurologiche del CNR di Catania in collaborazione con il Rockfeller Neuroscience Institute di Washington e coordinato da Giovanni Scapagnini.

Il curry una miscela di aromi e spezie di origine indiana, tostati in padella e poi pestati finemente, dalla composizione molto variabile. I componenti principali sono: il curcumimo (a cui si deve il colore giallo carico dei cibi cucinati con il curry), il cardamomo, il coriandolo, il pepe nero, lo zenzero, la noce moscata, ma anche fieno greco, chiodi di garofano, cannella e peperoncino. La parola curry europea e deriva dal nome cari (assegnatogli dal popolo Tamil dellIndia meridionale e del nord di Ceylon), che significa salsa.

ROS SPECIE REATTIVE DELL O2Lossigeno per il suo potere ossidante si comporta come un forte accettore di elettroni e ci porta alla formazione di vari intermedi reattivi noti come Specie Reattive dellOssigeno o ROS Radicali liberi: molecole con ndispari di e- negli orbitali esterni instabili e molto reattivi Radicali di O (ROS) Radicali di N (RNS) Radicali tiolici superossido idrossile ossido nitrico diossido nitrico perossinitrito Perossido di idrogeno Acido ipocloroso

ROS

Reazioni chimiche di formazione dei ROS

Reazioni chimiche di formazione dei ROSMitocondri 2 O2 + 2H+e-

O2SOD

Ossidasi

O2 +

Radicale superossido

H2O2

O2

Perossido di idrogeno

H2O2 + Fe2+ (o Cu 1+) Reazione di Fenton

OH- +

OH

+ Fe3+ (o Cu 2+)

Radicale idrossilico

H2O2 +

O 2idrolisi

O2 +

OH- +

OH

Reazione di Haber-Weiss

Radicale idrossilico

H2O

H

+

OH

Radicale idrossilico

Fonti endogene Mitocondri Perossisomi NADPH ossidasi Citocromo P450

Difese antiossidanti Sistemi enzimatici SOD, CAT, GSH-Px Sistemi non enzimatici Glutatione, vitamine A E C B6 B9, chelanti

Fonti esogene Raggi UV Radiazioni ionizzanti Inquinamento Fumo Chemioterapici

Alterazione di funzioni fisiologiche

ROS omeostasi

Alterazione di funzioni fisiologiche Danni casuali Danni specifici

Crescita Fagocitosi Apoptosi Detossificazione

normalitInvecchiamento Malattia Morte cellulare

Danni ossidativi provocati dai ROSLe macromolecole biologiche pi esposte al danno ossidativoOssidazione dei residui aa (pro, lys, arg, hys) Ossidazione dei gruppi SH di metionina e cisteina Formazione di ponti disolfuro intra- e inter-molecolari Perdita di attivit delle metalloproteine emoproteine, Cu/ZnSOD Frammentazione peptidica

Proteine

DNA

Rottura o riarrangiamento della doppia elica Ossidazione delle basi puriniche e pirimidiniche Formazione di isoprostani da acido arachidonico -linolenico omega-3 Le LDL ossidate captate dai macrofagi infiltrano la parete arteriosa cellule schiumose ateroma

Mutazioni G T

PUFA LDL

NO PGI2 prostaciclina molecole di adesione infiltrazione cellulare tono vasomotorio aggregazione piastrinica

Teoria dei radicali liberi sullinvecchiamentoHarman formul tale teoria a met degli anni cinquanta (1956) declino del sistema immunitario invecchiamento eccesso di ROS

insorgenza di malattie cronico-degenerative aterosclerosi, malattie cardiovascolari, diabete, cancro, declino cognitivo, malattie neurodegenerative, demenza Disordine strutturale Disordine strutturale Perdita fluidit di membrana LDL ossidate

DNA Proteine PUFA LDL

Malattie cronicodegenerative

ROS

Aterosclerosi

Funzioni benefiche dei ROSI ROS sono mediatori essenziali di importanti reazioni biologiche protettive per la salute delluomo Fagocitosi Neutrofili e macrofagi quando fagocitano batteri e microrganismi vanno incontro alla cosiddetta esplosione ossidativa con iperproduzione dei ROS ed eliminazione dellospite dannoso poliziotto o angelo custode della cellula Processo biologico destinato alla eliminazione selettiva di cellule precancerose e cancerose, di cellule infettate da virus, di cellule danneggiate, che possono nuocere. Trasduzione di segnali mitogenici Reazioni di detossificazione di sostanze tossiche farmaci cancerogeni chimici

Apoptosi

Altre

La terapia antiossidante

Dannosa

Utile

DannosaNo riduzione dellincidenza di cancro al polmone Pi alta incidenza di cancro al polmone e di mortalit tra i fumatori che ricevevano -carotene

Trial clinico ATBC in maschi fumatori N. Engl. J. Med., 1994

Trial clinico CARET in fumatori e lavoratori dellasbesto Omenn, N. Engl. J. Med., 1996

cancro al polmone

UtileDiminuzione incidenza di cancro della prostata con la vitamina ENelle persone che assumono antiossidanti con la dieta in particolare b-carotene, vit. E, vit.C, selenio da soli o in associazione come farmaci o per via naturale con vegetali

cancro gastrico cancro del colon cancro della prostata cancro esofageo cancro del polmone in non fumatori

Minore incidenza

Benefici della vitamina E nella malattia di Alzheimer Sano, N. Engl. J. Med., 1997

AV, in review Salganik, 2001

IperROSproduttori

A rischio di cancro, malattie cardiovascolari, neurodegenerative cataratta a causa del danno ossidativo dei costituenti cellulari Potrebbero risultare efficienti

Antiossidanti

IpoROSproduttori

A rischio di cancro a causa della minore attivit delle reazioni biologiche protettive dei ROS quali la fagocitosi, lapoptosi, la detossificazione

Antiossidanti

Potrebbero risultare non efficienti a causa di Blocco apoptosi e detossificazione Interferenza con chemioterapici pro-apoptotici

Biomarkers di stress ossidativobiomolecole ossidate Lipidi DNA Proteine

antiossidanti

Vitamine A - E - C b-carotene folati B12 - B6 selenio Mg Zn Cu omocisteina SOD - CAT - GSH-Px GSH-Rx TRX1 nel GR

Biomarkers di ossidazione lipidica1. Sostanze reattive dellacido tiobarbiturico (TBARS) Il saggio TBARS su plasma Poco specifico per interferenza con altri substrati del TBA Saggio spettrofotometrico che misura un cromogeno che si sviluppa tra l TBA e malonildialdeide (marker di lipossidaz.) Si preferisce quindi usare lHPLC perossidazione di acidi grassi n-6 pentano perossidazione di acidi grassi n-3 etano test semplice ma poco specifico

2. Idrocarburi volatili

3. F2-isoprostani Derivano dalla perossidazione ROS-indotta degli acidi arachidonico e linolenico costituenti fondamentali delle membrane Sono molecole prostaglandino-simili Lisoprostano pi abbondante la 8-isoprostaglandinaF2 (8isoPGF2) Si dosano sulle urine meglio che sul siero Metodo della GS/MS costoso per screening ma sensibile e specifico Saggio immunoenzimatico meno specifico per reazioni crociate con altri prostanoidi

Biomarkers di danno ossidativo del DNA1. 8-oxo-deossiguanosina (8-oxo-dG) il marker pi usato per valutare il danno ossidativo del DNA Lossidazione del C-8 della guanina provoca una trasversione G T nel DNA Misurata su DNA di linfociti e di altri tessuti e sulle urine HPLC, GC/MS, ELISA

2. Autoanticorpi verso HMdU LHMdU deriva dallossidazione della timina Luomo produce autoanticorpi contro HMdU Dosaggio con ELISA 3. COMET assay (variante con Endonucleasi III) Elettroforesi su microgel del DNA singole cellule Se ci sono danni allelica, il DNA si rilassa e assume laspetto della coda di una cometa lampiezza della cometa proporzionale al danno e al numero di breaks sul DNA

Biomarkers di ossidazione delle proteineProteine carbonilate Plasma Saggio colorimetrico convenzionale con dinitrofenilidrazina Saggio ELISA Elevati valori di proteine carbonilate sono associate con malattia di Alzheimer, Parkinson, distrofia muscolare di Duchenne, artrite reumatoide