Programma di morte cellulare svelato: Come i danni genetici causati dalla sostanza naturale metileugenolo portano alla morte delle cellule epatiche

Il team di Max Carlsson (a destra), primo autore dello studio, e Philipp Demuth (co-autore dello studio) ha scoperto il meccanismo. (TUK/view)

La sostanza naturale eugenolo metilico si trova in diverse piante aromatiche e entra nel nostro corpo attraverso l'alimentazione. Nel fegato viene attivata dal metabolismo dei xenobiotici e può così causare danni genetici noti. Un team di ricercatori dell'Università Tecnica di Kaiserslautern (TUK) guidato dal professor Jörg Fahrer è riuscito ora a chiarire il meccanismo di morte cellulare scatenato dai danni genetici. Un ruolo centrale è svolto dalla proteina p53, che attiva significativamente il programma di morte cellulare e così impedisce la sopravvivenza di cellule epatiche gravemente danneggiate. I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rinomata rivista specializzata Cell Death & Disease.

Il cancro al fegato è tra le malattie tumorali più frequenti ed è causalmente collegato a infezioni virali del fegato, malattie da steatosi epatica, consumo cronico di alcol e tossine di muffa presenti negli alimenti. Inoltre, si sospetta che le tossine vegetali contribuiscano alla genesi del cancro al fegato. Tra queste sostanze vi è il eugenolo metilico, che si trova naturalmente in molte erbe e spezie, come basilico, timo e finocchio, e entra nel nostro corpo attraverso l'alimentazione. "Fino ad ora si sapeva che il eugenolo metilico viene metabolizzato da specifici enzimi del fegato e può provocare danni genetici, chiamati adotti di DNA", afferma il professor Jörg Fahrer, specialista in chimica degli alimenti e tossicologia presso la TUK.

Per scoprire come le cellule reagiscono a questi danni genetici derivati dal eugenolo metilico, un team guidato dal professor Fahrer ha utilizzato diversi metodi biochimici, cellulare e bioanalitici. Sono stati coinvolti anche i gruppi di lavoro della professoressa Elke Richling e dell'ex professore associato Alexander Cartus. Inoltre, scienziati dell'Università di Mainz e dell'Università di Giessen hanno collaborato allo studio, che è finanziato da un progetto di terzi di ricerca della Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Il team di ricercatori ha inizialmente dimostrato, mediante una tecnica di spettrometria di massa, la formazione di adotti di DNA nelle cellule epatiche e in altri modelli cellulari, quantificandoli. Inoltre, per la prima volta, hanno dimostrato che i danni bloccano il processo di duplicazione del DNA, chiamato replicazione del DNA, essenziale per la corretta trasmissione del patrimonio genetico durante la divisione cellulare. Utilizzando microscopi confocali ad alta risoluzione e analisi biochimiche delle proteine, il team ha caratterizzato l'attivazione della risposta ai danni del DNA. "Questo programma di protezione cellulare ha portato, tra l'altro, all'attivazione della proteina soppressoria del tumore p53", aggiunge Max Carlsson, dottorando nel gruppo di lavoro di Fahrer e primo autore dello studio. Insieme alla dottoressa Anastasia Vollmer, anch'essa dottoranda in questo ambito, ha condotto le principali prove dello studio.

Successivamente, il team di ricerca si è concentrato sulla tossicità dei danni genetici. Le ulteriori indagini hanno mostrato che un alto livello di adotti di DNA provoca un meccanismo programmato di morte cellulare, chiamato apoptosi, in cui i mitocondri assumono un ruolo centrale. "I mitocondri sono le centrali energetiche delle nostre cellule, coinvolte anche nei processi di morte cellulare", spiega il professor Fahrer. Combinando metodi molecolari e la cosiddetta microscopia confocale, i ricercatori hanno dimostrato che, a causa del danno al DNA, alcuni geni della morte cellulare vengono iperregolati, portando all'attivazione di Bax. "Questo è un proteina pro-apoptotica che, dopo l'attivazione, si sposta sulla superficie dei mitocondri e forma pori", spiega Max Carlsson.

Per chiarire infine il ruolo di p53 nel programma di morte cellulare scatenato, questo è stato inattivato mediante inibitori farmacologici e approcci genetici in diversi modelli cellulari. I ricercatori hanno così dimostrato che la perdita di p53 sopprime l'attivazione di Bax e inibisce l'inizio della morte cellulare nelle cellule epatiche.

"In sintesi, i nostri risultati mostrano che nelle cellule con danni genetici intensi causati dal eugenolo metilico si attiva il percorso di morte cellulare mitocondriale mediato da p53", afferma il professor Fahrer. Questo meccanismo potrebbe contribuire come sistema soppressore dei tumori, eliminando le cellule gravemente danneggiate e prevenendo così alterazioni genetiche permanenti.

Pubblicazione
Carlsson MJ, Vollmer AS, Demuth P, Heylmann D, Reich D, Quarz C, Rasenberger B, Nikolova T, Hofmann TG, Christmann M, Fuhlbrueck JA, Stegmüller S, Richling E, Cartus AT e Fahrer J. p53 innesca l'apoptosi mitocondriale in seguito a stress replicativo dipendente da danno del DNA causato dalla tossina epatica eugenolo metilico. Cell Death Dis. 2022, 13(11): 1009.
Doi: 10.1038/s41419-022-05446-9
https://www.nature.com/articles/s41419-022-05446-9

Contatto
Prof. Dr. Jörg Fahrer
Chimica degli alimenti e tossicologia
Dipartimento di Chimica
Università di Kaiserslautern
Telefono: 0631/2052974
E-mail: fahrer@chemie.uni-kl.de