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Effetti della microgravità sugli osteoblasti: profilo proteomico e metabolomico

Informazioni tesi

  Autore: Giulia Carlino
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi della Tuscia
  Facoltà: Biologia Cellulare e Molecolare
  Corso: Biologia molecolare e cellulare
  Relatore: Sara Rinalducci
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 83

L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è l’analisi della risposta degli osteoblasti primari umani esposti ad una condizione di microgravità simulata, dal momento che è ormai noto che gli astronauti in seguito a voli spaziali, specie di lunga durata, sono soggetti a numerosi cambiamenti fisiologici. Tra essi riordiamo il sistema immunitario, cardiaco e, in particolar modo, i muscoli e le ossa.
I voli spaziali sono una delle condizioni più estreme a cui possono essere sottoposti gli esseri umani.
Centinaia di uomini hanno partecipato a missioni spaziali di lunga durata, ma ad oggi sono ancora troppo limitanti gli effetti che il volo spaziale esercita sul corpo umano.
Il corpo si adatta abbastanza rapidamente alla condizione di microgravità e raggiunge un nuovo equilibrio, con diversi livelli di ormoni e alterazioni della funzionalità del sistema cardiovascolare, disfunzioni a livello delle cellule endoteliali, ossee e muscolari causate dalle variazioni di gravità.
Tra le principali modifiche che comporta l'adattamento alla microgravità sono inclusi (I) la perdita di massa muscolare e ossea di circa l’1-2% ogni mese, più veloce rispetto a quella osservata negli osteoporotici; (II) cambiamenti nella funzione renale; (III) alterazioni del sistema immunitario, che inducono una notevole riduzione delle difese immunitarie degli astronauti, compromettendo le funzioni delle cellule ad esse preposte (monociti e granulociti); (IV) cambiamenti nell'espressione genica e nei livelli di sintesi proteica.
Al fine di spiegare al meglio quali siano le conseguenze dell’assenza di gravità è stato utile ricorrere alle scienze “omiche”, in particolare alla proteomica e alla metabolomica.
Avvalendoci della proteomica è stato possibile effettuare un’analisi delle proteine presenti in osteoblasti prelevati da campioni in condizioni di normogravità e da campioni che invece sono stati preventivamente posti in microgravità simulata, effettuando comparazioni, col fine di stabilire quali siano le proteine espresse unicamente in normo- (UN), in microgravità (UM) e quelle che invece sono comuni e, quindi, di valutarne il trend, ovvero se risultano up- o downregolate in micro- rispetto alla normogravità. In base alla annotazione funzionale effettuata tramite appositi tools bioinformatici, sarà possibile capire, quindi, quali siano i processi biologici, le componenti cellulari e le funzioni molecolari che più risentono dell’assenza di gravità.
Questo lavoro di tesi si pone poi l’obiettivo di effettuare un’analisi metabolomica dei suddetti campioni cellulari, al fine di mettere in luce le alterazioni indotte dalla microgravità ponendo a confronto i metaboliti estratti dalle hpOB.
I metaboliti individuati ci permetteranno di risalire ai pathways metabolici maggiormente influenzati valutando l’impatto di ciascun metabolita sull’intero processo metabolico.
Combinando la proteomica con le informazioni provenienti dall’analisi dei metaboliti, sarà possibile ottenere un quadro completo dell'interazione tra diversi percorsi molecolari, la cui comprensione potrebbe essere utile per trovare efficaci contromisure alle alterazioni indotte dai voli spaziali, ma anche per lo studio di diverse patologie sulla Terra.

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2. INTRODUZIONE 5 β. INTRODUZIONE 2.1 IL TESSUTO OSSEO Il tessuto osseo è il tessuto costitutivo principale dello scheletro, e costituisce l’impalcatura interna del corpo, protegge visceri e parti molli oltre a dare inserzione a muscoli e tendini. Il tessuto osseo è una forma specializzata di tessuto connettivo, caratterizzato dalla mineralizzazione della matrice extracellulare che conferisce al tessuto una particolare durezza e resistenza (Adamo, 2006). Nonostante queste caratteristiche, l’osso risulta molto leggero e l’associazione resistenza-peso è dovuta alla struttura altamente organizzata dell’osso stesso. Il continuo rimodellamento dell’osso ha, oltre alla fondamentale funzione meccanica, il compito di regolare la concentrazione dei livelli di calcio plasmatico, infatti il tessuto osseo rappresenta il principale deposito di ioni calcio per le necessità metaboliche dell’intero organismo (Boskey, 1996). Il tessuto osseo è costituito da cellule e da una matrice intercellulare, organica ed inorganica. La matrice organica è composta da fibre di collagene e da una sostanza amorfa, costituita maggiormente da glicoproteine e proteoglicani. Le fibre di collagene costituiscono la parte preponderante della componente organica. La matrice inorganica è costituita principalmente da fosfato- e carbonato di calcio e rappresenta circa il 65% in peso secco dell’osso. Possiamo distinguere due tipi di tessuto osseo, l’osso spugnoso e l’osso compatto o denso. I due tipi di tessuto sono presenti generalmente in tutti i tipi di ossa, con variazioni nella distribuzione e nel rapporto tra i due tessuti. L’osso spugnoso lo si ritrova principalmente a livello delle ossa brevi, delle ossa piatte e delle epifisi delle ossa lunghe: ha questo nome in quanto appare conformato come una spugna, con travate ossee, dette trabecole, variamente orientate e intersecate tra loro e delimitanti cavità, dette cavità midollari, che in vivo sono ripiene di midollo osseo ematopoietico (Canalis et al, 1988). L’osso compatto appare invece come solida massa eburnea, privo di cavità macroscopicamente evidenti. L’osso compatto lo si ritrova a formare la porzione più

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Parole chiave

proteomica
spettrometria
osteoblasti
microgravità
metabolomica
scienze omiche

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