MITOCHONDRIAL BIOGENESIS, PROTEIN MISFOLDING AND CELLULAR STRESS RESPONSE IN AGING AND IN NEURODEGENERATIVE DISORDERS: PROTEOMIC APPROACH

The mitochondrial genome plays a key role in aging and neurodegenerative disorders. Mitochondrial dysfunction is indeed characteristic of various disorders, and damage lead to altered mitochondrial respiratory chain activity as found in Parkinson's disease, in Alzheimer's disease and in Huntington's disease. These dysfunctions in the activity of respiratory complex, possibly associated with alterations of the oxidant/antioxidant balance, are thought to underlie defects in energy metabolism and induce cellular degeneration. As one of the main intracellular redox systems involved in neuroprotection, the vitagene system is emerging as a neurohormetic potential target for novel cytoprotective interventions. Vitagenes encode for cytoprotective heat shock proteins (Hsp) Hsp70 and heme oxygenase-1, as well as thioredoxin reductase and sirtuins. Bis(2-hydroxybenzylidene)acetone is a potent inducer of the phase 2 response through the Keap1-Nrf2-ARE pathway to study the protective effects of antioxidant molecules, including the HBB-2. It was assumed the role of an antioxidant compound synthesis as the bis(2-hydroxy-benzilidene) acetone or HBB-2 as a possible modulator of vitagenes its use in vivo. It was also assumed its neuroprotective effect in human neuroblastoma cells SH-SY5Y exposed to nitrosative stress induced by SIN-1 to support the hypothesis that HBB may have anti-aging in the central nervous system. Diabetic nephropathy (DN) is one of the most severe complications of type 1 and type 2 diabetes and is the foremost cause for dialysis in the Western world. Susceptibility to diabetic nephropathy (DN) is strongly associated with a polymorphism in the CNDP1 gene, encoding the serum carnosinase (CN1) protein. CN1 is a dipeptidase which catalyses the hydrolysis of the dipeptides carnosine, anserine and homocarnosine. It is hypothesized renal carnosinase metabolism in db/db mice. Kidney CN1 activity increased with age and was significantly higher in diabetic mice compared to controls. Carnosine treatment largely prevents the alterations of renal carnosine metabolism. Amyloid deposits, constituted of amyloid beta (A¦Â) aggregates, are a characteristic feature of several neurodegenerative diseases, such as Alzheimer¡¯s, mild cognitive impairment and Parkinson¡¯s disease. They also have been recently implicated in the pathogenesis of retinal damage, as well as age-related macular degeneration and glaucoma. Glaucoma is a progressive optic neuropathy characterized by degeneration of neuronal tissue due to loss of retinal ganglion cells (RGCs), with accompanying compromission of visual field over time. There is now a growing body of evidence demonstrating a link between AD and glaucoma. Accordingly, drugs designated to target ¦Â-amyloid (A¦Â) has been found to reduce apoptotic degeneration of RGCs, as observed in vitro and in vivo. Furthermore, the presence of increased levels of A¦Â characterizes glaucoma as a protein misfolding disease, also suggesting a role for oxidative stress in the pathogenesis of retinal degenerative damage associated to glaucome. Present work elucidated cellular stress response in peripheral cells in patients with glaucoma as compared to healthy volunteers, as control, in order to gain insight into the pathogenic mechanisms operating in the neurodegenerative damage associated with this disease and exploit the possible role of vitagenes in opening up new therapeutic targets for limiting the oxidative damage associated to degeneration occurring in glaucoma.

Il genoma mitocondriale gioca un ruolo chiave nell¡¯invecchiamento e nei disordini neurodegenerativi. La disfunzione mitocondriale ¨¨ infatti caratteristica di diversi disordini, ed il danneggiamento mitocondriale determinerebbe un¡¯alterata attivit¨¤ della catena respiratoria come riscontrato nel morbo di Parkinson, nella malattia di Alzheimer e nella malattia di Huntington. Tali disfunzioni nell¡¯attivit¨¤ del complesso respiratorio, possibilmente associati con le alterazioni del bilancio ossidante/antiossidante, si pensa siano alla base dei difetti del metabolismo energetico ed inducano la degenerazione cellulare. Uno dei principali sistemi redox intracellulari coinvolti nella neuroprotezione ¨¨ il sistema dei vitageni che potrebbe essere un potenziale target per un nuovo intervento citoprotettivo. I vitageni codificano per le proteine citoprotettive: heat shock protein Hsp-70 ed heme ossigenasi-1 HO-1, come anche per la tioredoxina reduttasi e le sirtuine. Bis(2-hydroxybenzylidene)acetone ¨¨ un potente induttore della risposta della fase 2 attraverso la via dell¡¯ Keapl-Nrf2-ARE, per studiare gli effetti protettivi di molecole ad attivit¨¤ antiossidante, tra cui l¡¯HBB-2. E¡¯ stato ipotizzato il ruolo di un composto antiossidante di sintesi come il bis(2-hydroxy-benzilidene) acetone o HBB-2, quale modulatore dei vitageni per un possibile suo impiego in vivo ed ¨¨ stato ipotizzato anche un suo effetto neuroprotettivo in cellule umane di neuroblastoma di tipo SH-SY5Y esposte a stress nitrosativo indotto dal SIN-1, per sostenere l¡¯ipotesi che l¡¯HBB potrebbe avere effetti anti-aging nel Sistema Nervoso centrale (SNC). La nefropatia diabetica (DN) ¨¨ una delle pi¨´ gravi complicanze del diabete di tipo 1 e tipo 2 ed ¨¨ la principale causa di dialisi nel mondo occidentale. La predisposizione alla nefropatia diabetica (DN) ¨¨ fortemente associata con un polimorfismo nel gene CNDP1, che codifica per la proteina carnosinasi del siero (CN1). CN1 ¨¨ un dipeptidasi che catalizza l'idrolisi del dipeptidi carnosina, anserina e omocarnosina. E¡¯ stato ipotizzato il metabolismo della carnosinasi renale nei topi db / db. L¡¯attivit¨¤ renale di CN1 aumenta con l'et¨¤ ed era significativamente pi¨´ alta nei topi diabetici rispetto ai controlli. Il trattamento con carnosina impedisce le alterazioni del metabolismo della carnosina renale. Depositi di amiloide, costituiti da aggregati di ¦Â-amiloide, sono una caratteristica di molte malattie neurodegenerative, come, l¡¯ Alzheimer, il decadimento cognitivo lieve e il morbo di Parkinson. Inoltre sono stati recentemente implicati nella patogenesi del danno retinico, cos¨¬ come le malattie di degenerazione maculare e glaucoma et¨¤-correlate. Il glaucoma ¨¨ una neuropatia ottica progressiva caratterizzata da degenerazione del tessuto neuronale dovuto alla perdita di cellule gangliari della retina (RGCs), con compromissione del campo visivo nel tempo. Diverse investigazioni sperimentali dimostrano dimostrano un legame tra AD e glaucoma. Di conseguenza, i farmaci designati a target ¦Â-amiloide sono stati scoperti ridurre la degenerazione apoptotica di RGCs, osservata in vitro e in vivo. Inoltre, la presenza di livelli aumentati di ¦Â-amiloide caratterizza il glaucoma come una malattia misfolding e suggerisce anche un ruolo per lo stress ossidativo nella patogenesi del danno retinico degenerativo associato al glaucoma. Il presente studio elucida sulla risposta allo stress cellulare nelle cellule periferiche in pazienti con glaucoma rispetto ai volontari sani, al fine di ottenere informazioni sui meccanismi patogenetici che operano nel danno neurodegenerativo associato a questa malattia e sfruttare il possibile ruolo dei vitageni per nuovi targets terapeutici e per limitare il danno ossidativo associato alla degenerazione che si verifica nel glaucoma.