Icefish, i pesci che persero i globuli rossi

L’Ossido Nitrico (NO) è un radicale libero di azoto considerato per decenni un gas altamente inquinante ma recentemente riconosciuto come un importante mediatore biochimico, in grado di influenzare profondamente la fisiologia degli organismi viventi.
Oggi si ritiene che l’NO possa aver contribuito allo sviluppo di molti dei caratteri distintivi degli Icefish (e.g. albero vascolare molto sviluppato e cellule muscolari ricche di mitocondri), ottimizzando così l’attività respiratoria cellulare di questi animali e quindi la sintesi di ATP.

Conosciuto da molto tempo come potente vasodilatatore miorilassante (Furchgott and Zawadzki 1980; Ignarro et al. 1987; Palmer et al. 1987), l’NO è in realtà una molecola altamente reattiva multifunzionale in grado di diffondere liberamente attraverso le membrane biologiche per raggiungere gli opportuni bersagli (Malinsky et al., 1993).

La biosintesi dell’NO può avvenire attraverso due meccanismi: per ossidazione sequenziale dell’aminoacido L-arginina e per conversione dei nitriti (NO2-) a NO.

In presenza di deossiHb, gli eritrociti sono un importante sito di sintesi dell’NO a partire dai nitriti; tuttavia, anche la Mb lo è, funzionando da riduttasi del nitrito (Shiva et al., 2007) anche in Icefish come il C. hamatus che manca di Hb.

La biosintesi dell’NO dai nitriti è un meccanismo protettivo importante in condizioni ischemiche, poiché la generazione di NO da L-arginina da parte degli enzimi NOS dipendente dall’Ossigeno risulterebbe inibita in assenza di totale mancanza di afflusso di sangue a un organo.

Fu Jensen (2007) a verificare per la prima volta nei pesci che l’accumulo di NO2- attraverso le branchie degli zebrafish causava rilevante produzione di NO dal nitrito.
Gli Zebrafish sono stati esposti a livelli crescenti di nitrito (come NaNO2 disciolto nell’acqua ambientale) per tempi variabili, riscontrando corrispondenti valori crescenti di NO. La quantificazione dell’NO è stata realizzata indirettamente con spettrometria usando l’HbNO come biomarcatore dell’NO.

Il nitrito non è solo sorgente di NO ma agisce anche come molecola di segnalazione, esercitando azioni inotropiche specifiche della specie, come dimostrato da valutazioni comparative della prestazione del cuore di C. hamatus (Hb-/Mb+), Anguilla anguilla a sangue rosso di area temperata e di Rana esculenta.

In condizioni basali il nitrito induce inotropismo negativo nell’anguilla e nella rana (Vs/Ws decrescente nella Figura 16; Ws=Lavoro cardiaco), mentre nel C. hamatus agisce come inotropo positivo (Vs/Ws crescente).
La biosintesi dell’NO a partire da L. arginina è catalizzata da specifici enzimi noti complessivamente come NOS (NO-sintasi o sintetasi).

Studi di Amelio et al (2006), Pellegrino et al. (2004) e Garofalo et al. (2009), rispettivamente sul cuore di C. hamatus (Hb-/Mb+) e T. bernacchii (Hb+/Mb+), di C. hamatus e di C. aceratus (Hb-/Mb-) e T. bernacchii, hanno mostrato in dettaglio, mediante immulocalizzazione, l’espressione delle NOS sia nelle specie antartiche a sangue rosso sia negli Icefish.
Le analisi hanno permesso di riconoscere la presenza di due diverse isoforme enzimatiche: l’Ossido nitrico sintetasi endoteliale (eNOS) e la sintetasi inducibile dell’Ossido Nitrico (iNOS).
La tabella mostra la distribuzione delle due isoforme enzimatiche nel ventricolo cardiaco delle tre specie analizzate. Risulta evidente una più ristretta localizzazione dell’iNOS, dato presente esclusivamente nei miocardiociti ventricolari; in essi l’NO generato sembra agire come fattore di regolazione sia della respirazione mitocondriale (Giulivi 2003; cfr. riferimenti bibl. 1) sia della contrattilità miocardica (Tatsumi et al. 2000; cfr. riff. bibl. 1).

A conferma di quanto sopra, studi condotti sul cuore isolato delle tre specie precedentemente indicate hanno mostrato effetti contrattili opposti indotti da NO (Garofalo et al. 2009), con evidente effetto inotropico positivo nelle due specie di pesci-ghiaccio, il C. hamatus e il C. aceratus - più evidente nel C. aceratus - e significativo effetto inotropico negativo nella specie a sangue rosso (T. bernachii) 20. Inoltre è stato osservato che mentre nel C. hamatus gli effetti contrattili indotti dal NO erano cGMP-dipendenti, sia nel T. bernacchii sia nel C. aceratus erano cGMP-indipendenti. Allo stato attuale della ricerca le possibili spiegazioni di queste differenze non sono note.

Come anticipato all’inizio di questo paragrafo, sul sistema NO sono stati condotti molti studi che ne hanno dimostrato la profonda importanza in un ampio spettro di ruoli nel Regno animale.
In funzione di questo, ci si attende (cfr. Garofalo et al., 2009) una revisione di alcuni modelli a lungo mantenuti per la biologia degli Icefish, nel contesto dello scenario dischiuso dalla biochimica e fisiologia del NO.