Recensione di pubblicazione da progetto FFC
Le cellule epiteliali del polmone, come tutte le altre cellule, hanno la capacità di incorporare e metabolizzare il glucosio per generare energia. Si tratta di un processo che avviene nei mitocondri presenti nella cellula (organuli preposti alle funzioni di respirazione e di produzione di energia), i quali, usando l’ossigeno disponibile all’interno di essa, convertono l’energia chimica data dall’apporto nutrizionale in energia utilizzabile dalla cellula ospite. Nelle cellule epiteliali del polmone alcune proteine, dette glucotrasportatori, controllano i movimenti di glucosio attraverso la membrana apicale delle cellule stesse, per assicurare che il liquido di superficie delle vie aeree mantenga normalmente una bassa concentrazione di glucosio e non offrire ai batteri alimento alla loro azione infettante.
Un lavoro recentemente pubblicato, frutto del progetto FFC#1/2015 coordinato da Anna Atlante del Centro Nazionale delle Ricerche di Bari, permette di porre le prime basi per capire come avviene questo meccanismo di regolazione in fibrosi cistica. Si tratta di un’analisi biochimica complessa e articolata, importante in quanto in FC è da tempo noto che vi sia un aumento di concentrazione di glucosio extracellulare nei liquidi di superficie delle vie aeree. Questa concentrazione anomala è l’effetto concomitante di vari fattori studiati nel lavoro (1), e tra essi vi sono quelli legati ai processi metabolici della cellula. Il tema è importante perché l’aumento di glucosio extracellulare favorirebbe l’esplosione dell’infezione polmonare da patogeni delle vie aeree.
I ricercatori hanno cercato di capire quali tra i processi implicati e in competizione tra loro, e quali tra gli intermediari biochimici di questi processi, fossero coinvolti nell’aumentato livello di glucosio nei liquidi superficiali delle vie aeree FC. Lo scopo dei ricercatori era quello di rispondere alla domanda: modulando l’attività delle proteine enzimatiche e/o il livello di metaboliti coinvolti nell’utilizzazione del glucosio intracellulare, si potrebbe ottenere un abbassamento del livello di glucosio extracellulare in FC?
Nel lavoro si dimostra, attraverso misure biochimiche, saggi proteici e analisi statistiche, che alcune delle proteine chiave nel metabolismo del glucosio, sono sopra-attivate in concomitanza a una diminuzione di consumo di ossigeno da parte dei mitocondri. I risultati ottenuti dallo studio permettono di delineare una differenza chiara tra le cellule normali e quelle FC. Risulta evidente che l’attività dei mitocondri ha un ruolo di primo piano in fibrosi cistica al punto che, paradossalmente, inibendone l’attività e quindi la loro richiesta di glucosio, si riesce a regolare nel verso giusto la concentrazione di glucosio extracellulare.
Al momento questo è uno studio di pura ricerca di base, ma copre un tema scarsamente esplorato e di indubbio interesse, nella prospettiva di creare nelle vie aeree FC condizioni meno favorenti l’attecchimento di batteri patogeni.
Progetto FFC#1/2015 coordinato da Anna Atlante del IBBE – Istituto delle Biomembrane e Bioenergetica, CNR Bari, e finanziato grazie al contributo di adozione da parte di Infront, Play for Change e gare di golf.
Direct and indirect evidences show that elevated glucose concentrations in airway surface liquid (ASL) promote lung infection by pathogens, playing a role in the progression of the Cystic Fibrosis (CF) disease. The joint action of transporter/s for glucose and of the cellular enzymes is essential in order to try to lower ASL glucose level. Inside the cell, the glycolysis and the pentose phosphate pathway (PPP) compete for the utilization of glucose-6-phosphate (G6P), the product in which glucose, after entry within the cell and phosphorylation, is trapped. The study aims to clarify whether, modulating the activity of enzymatic proteins and/or the level of metabolites/cofactors, involved in intracellular glucose utilization, a lowering of the extracellular glucose level in CF occurs. Through biochemical approaches, researchers came to conclude that: 1) how G6P is shunted between glycolysis and PPP and 2) mitochondria, more than enzymes/cofactors participating to the two cell glucose utilization pathways, are protagonists of the scene in counteracting the high ASL glucose level as well as oxidative stress in CF.
Favia M, de Bari L, Lassandro R, Atlante A., Modulation of glucose-related metabolic pathways controls glucose level in airway surface liquid and fight oxidative stress in cystic fibrosis cells. J Bioenerg Biomembr. 2019 Jun;51(3):203-218. doi: 10.1007/s10863-019-09797-5. Epub 2019 Apr 27.
