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Il presente lavoro di tesi si è concentrato nel valutare, tramite un approccio proteomico, le alterazioni di espressione di proteine cellulari indotte da palmitato su cellule di isole pancreatiche umane, ponendo particolare attenzione sull’acetilazione di specifiche proteine bersaglio. Lo studio nasce da una collaborazione con l’Unità di Endocrinologia diretta dal prof. Marchetti, dell’Università di Pisa e rientra in uno studio a più ampio raggio che riguarda il progetto mt-HPP della Human Proteomic Organization (HUPO).
Studi precedenti avevano evidenziato l’effetto lipotossico del palmitato su mitocondri isolati da cellule beta INS-1E di ratto e studi ancora più recenti hanno suggerito l’acetilazione delle lisine come un fattore importante nella regolazione metabolica, soprattutto nei mitocondri. Pertanto con il presente lavoro di tesi è stato deciso di valutare se è possibile trasferire i risultati ottenuti dalle INS-1E di ratto all’uomo.
L’esposizione cronica ad acidi grassi riproduce molti degli aspetti tipici di danno alle cellule beta associati alla manifestazione del DMT2. Mentre il DMT1 è una malattia autoimmune, il DMT2 è una malattia metabolica caratterizzata da un deficit di insulina a causa della ridotta secrezione di questo ormone dalle cellule beta pancreatiche oppure causato dalla riduzione dell'effetto dell’insulina nei tessuti bersaglio, situazione che viene definita insulino-resistenza.
Il DMT2 è considerato una patologia complessa dove fattori genetici e ambientali contribuiscono all’insorgenza e alla storia naturale.
La sua prevalenza è in aumento in tutto il mondo, in parte a causa dei crescenti tassi di obesità, che rappresentano un importante fattore di rischio per questa malattia. Infatti, fattori ambientali, come le diete ricche di grassi saturi e uno stile di vita sedentario, in combinazione con una predisposizione genetica, contribuiscono all’alterazione dell’attività e della sopravvivenza delle cellule beta. Questo effetto dannoso degli acidi grassi sul corretto funzionamento delle cellule beta è chiamato lipotossicità.
La via metabolica coinvolta nel meccanismo di lipotossicità è la PI3K/AKT/FOXO. Il meccanismo di attivazione del fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI3K) è coinvolto nella regolazione della massa e della funzionalità delle cellule β. Uno dei principali target del PI3K è rappresentato dalla serina treonin chinasi (Akt) che ricopre un ruolo nella crescita delle cellule β ed è una delle principali chinasi coinvolte nella funzionalità del GLP-1. Il segnale coinvolto a valle è rappresentato da FOXO1 (fattore trascrizionale), a cui è stato riconosciuto avere un effetto diretto sulla neogenesi delle cellule β, sulla loro proliferazione e nella resistenza allo stress. Gli acidi grassi a lunga catena inducono un decremento degli effettori di questa via metabolica.
È stato dimostrato che sono gli acidi grassi saturi a lunga catena a essere dannosi per le cellule beta perciò dal momento che il palmitato è il più comune tra gli acidi grassi saturi presenti nel plasma umano e che il suo livello nel plasma è elevato nei pazienti con DMT2, è stato utilizzato in studi in vitro per esaminare i meccanismi di lipotossicità.
È stato proposto che tale lipotossicità derivi da una alterazione della funzione mitocondriale e che il diabete e le sue complicazioni siano il risultato di processi patologici a questo livello.
Le possibili cause di collegamento tra il DMT2 e difetti a livello mitocondriale possono riguardare sia mutazioni nel mtDNA che la riduzione quantitativa del mtDNA stesso in risposta allo stress ossidativo.
Nel lavoro in oggetto abbiamo utilizzato campioni di cellule beta ottenute da pancreas umano di tre donatori non diabetici e abbiamo osservato i cambiamenti a livello proteico di queste cellule trattate 24 h con palmitato in riferimento al controllo, il quale non ha subito trattamento. Le proteine estratte da queste cellule sono state sottoposte ad elettroforesi bidimensionale e successivamente trasferite su membrane di nitrocellulosa tramite Western blot.
Tra le proteine iperacetilate abbiamo identificato: glutammato deidrogenasi mitocondriale, superossido dismutasi, SREBP1 e una subunità dell’ATP sintasi.