CRITICAL ROLE OF THE THIOREDOXIN AND THE GLUTATHIONE SYSTEMS IN MITOCHONDRIAL PATHOPHYSIOLOGY

I sistemi della tioredossina e del glutatione sono importanti nella regolazione redox cellulare. Il sistema tioredossinico mitocondriale è composto da NADPH, tioredossina reduttasi 2 (TrxR2) e tioredossina 2 (Trx2) che, a sua volta, può ridurre la perossiredossina 3 (Prx3) la quale detossifica dagli idroperossidi. La ciclofilina D (CypD) è una proteina di matrice mitocondriale che ha un ruolo cruciale nel controllo della transizione di permeabilità di membrana mitocondriale. È stato visto che l'attività e lo stato redox di CypD sono soggetti a riduzione mediata dal sistema tioredossinico sia in mitocondri isolati che in linee cellulari umane. Inoltre, l'interazione di CypD con Trx2 e Prx3 è stata osservata sia tramite co-immunoprecipitazione che con una molecular docking prediction. Pertanto, CypD viene regolata redox dal sistema tioredossinico mitocondriale. I sistemi di regolazione redox, e specialmente la TrxR2, sono spesso sovraespressi in cellule tumorali per contrastare l'aumento dei ROS causato dalla progressione tumorale. Pertanto, la ricerca di inibitori specifici della TrxR2 è una possibile strategia antitumorale. Sono stati studiati diversi nuovi composti nell’ambito di varie collaborazioni internazionali. In particolare, un complesso di oro(III) recante un ligando N-bidentato, vari complessi 2,6-difenilpiridinici di oro(III) e una serie di complessi carbenici di oro(I) sono stati sintetizzati e si sono rivelati in grado di inibire selettivamente la tioredossina reduttasi in linee cellulari tumorali ovariche, alterando l’intero equilibrio redox cellulare. In seguito sono stati studiati una classe di composti metallorganici derivati dal tamoxifene denominati tamoxifen-like metallocifens (TLMs). I TLMs sono pro-farmaci. Infatti, tramite ossidazione enzimatica, possono essere trasformati in derivati dotati di notevoli proprietà inibitorie sulla TrxR2. Nella linea cellulare linfoblastoide Jurkat, l'inibizione di TrxR2 indotta dai TLMs porta all'ossidazione di Trx2, alla produzione di ROS e all'attivazione della via apoptotica intrinseca. Utilizzando il metodo Crispr/Cas9, sono stati anche studiati gli effetti della deplezione genetica di TrxR2 in diverse linee cellulari tumorali. Nei cloni knockdown per TrxR2 è stata osservata una correlazione inversa tra il livello di TrxR2 e la produzione di ROS. Ciò indica la forte condizione pro-ossidante derivante dalla mancanza di TrxR2. Successivamente la ricerca si è focalizzata sulla glutaredossina 2 (Grx2). La Grx2 collega i sistemi tioredossinico e del glutatione, ma il suo ruolo specifico nella segnalazione redox non è stato ancora chiarito. Grx2 catalizza processi di de-glutationilazione e può anche coordinare un centro ferro-zolfo, formando dimeri inattivi. Per prima cosa lo stato monomerico e dimerico di Grx2 è stato analizzato a seguito del trattamento di cellule HeLa con differenti condizioni ossidanti. Grx2 è stata osservata principalmente come dimero inattivo, mentre può dissociare ed attivarsi specificatamente nel compartimento mitocondriale, solo in seguito all’inibizione di entrambi i sistemi tiolici. Ciò porta ad un aumento del ferro labile nella matrice mitocondriale e conseguenti perossidazione lipidica e diminuzione del potenziale di membrana mitocondriale. In collaborazione con il gruppo del Prof. A. Holmgren presso il Karolinska Institutet, il ruolo di Grx2 nei mitocondri è stato ulteriormente studiato in un modello murino knockout per Grx2 nel comparto mitocondriale (mGrx2 KO). Lo stato redox di mitocondri deficitari di Grx2 non è stato trovato alterato nei diversi organi isolati da animali mGrx2 KO a tre mesi di età. Tuttavia, a livello epatico, sono stati osservati un aumento significativo della produzione mitocondriale di ROS, una diminuzione della capacità respiratoria e del potenziale di membrana mitocondriale associati ad una maggiore sensibilità degli stessi mitocondri agli ioni calcio. Complessivamente, questi risultati suggeriscono che, nel modello murino, il fegato è il principale organo affetto dalla delezione mitocondriale di Grx2.