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Come utilizzare il ferro nelle cellule senza subirne effetti nocivi

Abbiamo studiato il ruolo e il meccanismo d’azione di proteine che funzionano da sensori o da trasportatrici di ferro in cellule e organismi modello, come pure gli effetti del ferro sulla produzione di energia utile alle cellule o lo stress ossidativo in alcuni pazienti oncologici

Il ferro svolge un ruolo cruciale nelle cellule, favorendo l’azione di molti enzimi. Oltre all'emoglobina, in grado di trasportare ossigeno nel sangue, grazie proprio agli atomi di ferro incorporati nella proteina, si conoscono più di 300 proteine diverse, contenenti ferro, che regolano varie funzioni cellulari. Nel mitocondrio, in particolare, il ferro è essenziale per la produzione della principale forma di energia cellulare, l’adenosina trifosfato (ATP). Tuttavia il ferro libero in eccesso è deleterio perché interagisce con l'ossigeno dando origine a radicali liberi (ROS), che danneggiano proteine, lipidi e DNA. Tutte le cellule, dai batteri all'uomo, hanno perciò sviluppato meccanismi sofisticati sia per regolare il trasporto di ferro al proprio interno sia per neutralizzare il ferro in eccesso.

La comprensione di questi meccanismi è importante per il trattamento di patologie dovute a sovraccarico o deficienza di ferro, come l’emocromatosi ereditaria o l’anemia, o infine la suscettibilità a infezioni. Batteri patogeni intracellulari, infatti, come il batterio della tubercolosi o della legionellosi, accumulano ferro, assorbendolo dalla cellula ospite, la quale si difende sequestrando, a sua volta, il ferro dal vacuolo contenente il batterio, per privarlo di un elemento essenziale.
Soggetti con sovraccarico di ferro, come nel caso dell’emocromatosi, sono più suscettibili alle infezioni, mentre in paesi nei quali le infezioni batteriche sono endemiche è alto il numero di individui anemici. Si pensava che ciò fosse dovuto solo ad alimentazione carente di ferro, mentre è un effetto della selezione naturale, in quanto la condizione anemica facilita la resistenza alle infezioni.
Un maggior rischio di infezioni si riscontra anche in pazienti oncologici, come i mielodisplastici, che avendo bisogno di continue trasfusioni di sangue presentano un sovraccarico di ferro: sono quindi trattati con farmaci che sequestrano il ferro, per ridurne gli effetti nocivi. Depositi di ferro nel cervello sembrano anche responsabili di malattie neurologiche, come l'Alzheimer e il Parkinson, e certe alterazioni nel coordinamento dei movimenti muscolari, come l'atassia di Friedreich, sono dovute a difetti in proteine che regolano l'utilizzo di ferro nei mitocondri.

Il nostro progetto di ricerca, che ha coinvolto biologi cellulari, fisiologi ed ematologi, ha permesso di chiarire il ruolo e il meccanismo d'azione di alcune proteine “trasportatrici” di ferro in processi quali il traffico intracellulare del ferro, la maturazione di globuli rossi, il metabolismo del ferro nel cervello e la resistenza a infezioni batteriche, dando origine a 14 pubblicazioni in affermate riviste internazionali. Abbiamo studiato i meccanismi di base in cellule e organismi modello, che si prestano a un'analisi genetico-molecolare, inattivando "geni del ferro", mentre per il trasferimento dei dati in ambito clinico abbiamo studiato cellule prelevate da pazienti con sindrome mielodisplastica.


un racconto di

Salvatore Bozzaro
Dipartimento

Pubblicato il

08 dicembre 2016

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