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L’autofagia è uno dei principali meccanismi catabolici deputati al mantenimento dell’omeostasi cellulare. In condizioni fisiologiche, questo processo è essenziale per il turnover proteico e la conversione di componenti citosoliche disfunzionali in frammenti molecolari più semplici utilizzabili come fonte energetica. In condizioni di stress, esso svolge un’azione di ripulitura da aggregati proteici, organelli danneggiati e agenti patogeni, garantendo la sopravvivenza e il corretto funzionamento delle cellule. Il processo autofagico si suddivide in categorie diverse in base alla specificità del carico da degradare. Infatti, esistono due tipologie di autofagia, quella di tipo specifico che prevede l’intervento dei recettori selettivi dell’autofagia (SARs), e una di tipo aspecifico. Quest’ultima si differenzia in macroautofagia (comunemente chiamata autofagia), microautofagia e autofagia chaperone-mediata, in base al meccanismo di degradazione applicato. La macroautofagia rappresenta il sistema di degradazione di proteine mal ripiegate, aggregati proteici e componenti cellulari non funzionali. Il processo si articola in più fasi. Esso prevede la formazione di una membrana pre-autofagosomiale, denominata fagoforo, che si espande e si avvolge intorno al materiale cellulare da degradare, formando l'autofagosoma. Successivamente, l’autofagosoma si fonde con il lisosoma per formare l’autolisosoma, dove avviene la degradazione enzimatica delle componenti cellulari incorporate grazie all’attività delle idrolasi lisosomiali. Durante lo svolgimento di queste fasi, vengono coinvolti diversi enzimi e proteine, quali il complesso I di mTOR (mammalian target of rapamycin), Beclin-1 e le proteine ATG (Autophagy-Related Genes).
In particolare, un ruolo chiave in questo pathway è svolto dall’AMP-activated protein kinase (AMPK). AMPK possiede un ruolo fondamentale per le cellule, cioè quello di sensore energetico. Quando i livelli di ATP sono bassi e quelli di AMP sono conseguentemente elevati, AMPK si attiva per sopperire alla carenza energetica. Tale chinasi, infatti, promuove l’autofagia attraverso diversi meccanismi, come l’inibizione di mTOR, noto inibitore autofagico, e la stimolazione di ULK1 (Unc-51 like autophagy activating kinase 1), che è un regolatore centrale dell'autofagia. Inoltre, AMPK regola anche il ricambio mitocondriale, un processo che può essere strettamente legato all’autofagia specifica. In questo modo, AMPK fornisce nuovi substrati energetici tramite il catabolismo mediato da autofagia e incrementa l’efficienza metabolica grazie al corretto turnover mitocondriale.
Le malattie neurodegenerative sono un gruppo di patologie caratterizzate dalla perdita progressiva di neuroni nel sistema nervoso centrale. Queste malattie includono il Morbo di Alzheimer, il Morbo di Parkinson, la Sclerosi laterale amiotrofica, e la Malattia di Huntington. Esse sono accomunate da alterazioni patologiche simili, come l'accumulo di proteine mal conformate e la disfunzione mitocondriale, che portano a danni e morte cellulare. Un aspetto centrale nella progressione di queste patologie è l'alterazione del processo autofagico. In condizioni fisiologiche, l'autofagia permette di eliminare sostanze nocive presenti nella cellula, proteggendo il neurone dal danno. Tuttavia, nelle malattie neurodegenerative, questo processo è compromesso, portando all’accumulo di proteine aggreganti e organelli disfunzionali. Ad esempio, nel morbo di Alzheimer, l'accumulo della proteina tau iperfosforilata e delle placche amiloidi è legato alla disregolazione dell'autofagia, mentre nel morbo di Parkinson, l'accumulo di alfa-sinucleina può interferire proprio con questo processo. È stato inoltre evidenziato come il malfunzionamento dell’autofagia sia legato anche a molte altre patologie con decorso non neurodegenerativo, tra cui le patologie tumorali. Nel cancro, la stimolazione dell'autofagia presenta una duplice azione. Da un lato, l'autofagia agisce come un meccanismo di sopravvivenza per le cellule tumorali, fornendo a queste ultime nutrienti in condizioni di stress metabolico e di ipossia. Dall'altro lato, essa protegge le cellule da danni che possono promuovere l’insorgenza tumorale, e l'induzione eccessiva dell'autofagia può portare alla morte delle cellule tumorali stesse. Visto quindi il vasto impatto che l’autofagia possiede nei confronti di importanti patologie, la modulazione dell’attività autofagica apre nuove prospettive di trattamento per le stesse. In particolar modo, la stimolazione autofagica potrebbe avere effetti neuroprotettivi.

Recentemente, nel laboratorio di ricerca dove ho condotto i miei studi di tesi, sono stati sviluppati dei potenziali nuovi attivatori di AMPK, mediante analisi e studi computazionali condotti sui già noti modulatori dell’enzima. Durante la mia attività di tesi mi sono occupata della sintesi di alcuni nuovi analoghi e presso il Centro Retrovirus (UNIPI) ho condotto degli esperimenti per valutare l’attività pro-autofagica di un’ulteriore serie di composti precedentemente sintetizzati mediante l’impiego di tecniche quali Western Blot e microscopia confocale.

La struttura, le strategie sintetiche adoperate, e la caratterizzazione degli intermedi di sintesi e dei composti finali saranno discussi nell’elaborato ultimo di questa tesi insieme ai risultati finali degli esperimenti biologici condotti.