Effetti della microgravità sugli osteoblasti: profilo proteomico e metabolomico

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.