ROS EFFETTI SULLA SALUTE

Figura 24 Free radical man, coinvolgimento delle specie reattive dell’ossigeno ROS in diverse patologie cronico degenerative

La presenza di alti livelli di stress ossidativo e quindi elevate concentrazioni di ROS nel nostro organismo porta ad effetti deleteri e dannosi nel medio e lungo termine.

46 I ROS sono le principali molecole che partecipanoalla comparsa delle svariate sindromi o malattie che inficiano la salute dell’uomo.

La presenza di ROS è la causa o la concausa di uno squilibrio ossidativo nelle componenti cellulari e nei distretti corporei, ove si riscontra in vari quadri clinici: diabete, aterosclerosi, Parkinson, Alzheimer, ictus, cancro,malattie neurodegenerative, invecchiamento etc.(Fig. 24).

I ROS, essendo molecole molto reattivi, sono capaci di reagire con molti target biologici come proteine, lipidi e DNA e si ritrovano in questi particolari quadri clinici.

Nei confronti dei lipidi, che nella forma fosfogliceridesono il principale costituente delle nostre membrane cellulari, i ROS hanno un’elevata affinità.

La causa di questa spiccata interazione risiede nella struttura tipica dei fosfogliceridi, costituiti da una parte polare e da una parte apolare. In quest’ultima i componenti si dividono in acidi grassi saturi e polinsaturi (PUFA) (Fig. 25).

Figura 25 Struttura di un fosfolipide formato da una testa polare ed una parte apolare (a). Classificazione acidi grassi a seconda del numero di atomi di carbonio e della presenza di doppi legami (b).

a

47 Questi doppi legami presenti negli acidi grassi insaturi sono il principale target di azione dei ROS: agendo su di essi ne modificano la struttura, iniziando una serie di reazioni che porteranno alla loro decomposizione chiamata perossidazione lipidica.

L’iniziazioneavviene quando una specie radicalica (ROS) reagisce con un acido grasso polinsaturo, perché i doppi legami consentono un’idrogeno-estrazione facilitata, formando un radicale lipidico. Questo a sua volta reagisce con l’ossigeno atmosferico, formando dei radicali perossilici, che propagheranno il danno agli altri acidi grassi (fase di propagazione). Questa reazione a cascata porterà alla produzione di altre specie radicaliche che continueranno il fenomeno a catena.

Un incremento nella formazione dei radicali liberi é coinvolto in numerose situazioni cliniche (fibrosi cistica, tumori, patologie epatiche e polmonari) e nell'invecchiamento; esso determina un incremento del numero delle perossidazioni che avvengono nell'organismo.

La decomposizione finale degli acidi grassi insaturi conduce alla formazione di idrocarburi essenziali, aldeide e chetoni.

Durante la perossidazione si formano intermedi, come malondialdeide, dieni coniugati e idroperossidi, marker tipici della perossidazione lipidica (Fig. 26).

Figura 26 Perossidazione lipidica di un acido grasso insaturo nell sue diverse fasi: iniziazione ad opera di un radicale, propagazione radicalica, formazione di radicali perossilici e formazione finale di lipoperossidi.

A livello molecolare, a causa della loro capacità di danneggiare le membrane cellulari e di propagare le specie radicaliche, i ROS possono reagire con le basi azotate del DNA.

48 Queste interazioni provocano alterazioni nelle strutture pirimidiniche e puriniche, indebolendo i meccanismi endogeni di riparo.

Queste alterazioni porteranno a rotture nel filamento di DNA, le quali a loro volta porteranno a mutazioni nella codificazioni di alcuni geni fondamentali, come quelli responsabili del ciclo cellulare e capaci di reprimere la comparsadi tumori e la loro proliferazione.

Le anomalie strutturali, nelle sequenze di DNA, sono diventate ormai il target fondamentale per determinare la gravità dello stress ossidativo delle cellule e la predisposizione cellulare a mutare in forma cancerosa.

La mutazione 8oxo guanina (8oxoGua),infatti,èusata come marker genomico per individuare il livello di danno ossidativo e soprattutto per studiare i rischi di insorgenza di una lesione tumorale. A conferma di ciò, in molte neoplasie si ritrova un’alta percentuale di basi 8oxoGua presente nel genoma (45).

Il DNA rappresenta quindi una molecola molto sensibile all’azione dei ROS, un esempio è la tossicità del radicale idrossile.

L’idrossi radicale può effettuare reazioni di addizione a doppi legami come quelli presenti nelle strutture aromatiche di purine e pirimidine, che troviamo a livello di RNA e DNA, e può attaccare gli zuccheri, come il deossiribosio presente anche esso nel DNA. Quindi il radicale idrossile può portare a diversi tipi di danni a livello del DNA, che in ultima analisi si traducono in mutazioni, rottura della doppia elica e cancerogenesi (40,45).

A livello proteico i ROS esercitano un’alta reattività che porta a modificazioni strutturali compromettendo cosi l’efficienza e la funzione delle proteine, favorendo la loro denaturazione prima, e successivamente la loro scissione proteolitica e degradazione.

In molti lavori si osserva come il perossido di idrogeno sia molto reattivo con i gruppi tiolici delle cisteine, formando acido sulfenico. A sua volta questo gruppo reagisce con l’enzima glutatione GSH ossidandolo a GSSG, oppure può reagire con dei gruppi ammidi formando dei sulfenilammidi o reagire con altri gruppi tiolici (46).

Le modificazioni post traduzionali causate e innescate dai ROS sono molteplici e interessano la salute dell’uomo quando riguardano diverse proteine che possono fungere da segnale per diverse vie metaboliche riguardanti relative alla predisposizione a sindromi e malattie.

Altri lavori riguardo la reattività dei ROS nei confronti delle proteine coinvolgono segnali fondamentali come p53, JUN e cFOS. Queste tre proteine descritte in precedenza sono fondamentali nella comparsa e progressione di una lesione tumorale, visto il loro ruolo nel controllare il ciclo cellulare, la senescenza e l’apoptosi.

49 Il fattore p53 presenta una stretta correlazione con l’azione dei ROS, ma i meccanismi non sono del tutto chiari, e sono ancora da approfondire. Esperimenti tramite array evidenziano come in un panel di 48 geni attivati dall’azione ossidante del perossido di idrogeno ben un terzo erano marcati da p53.(47)

Studi recenti riportano che i diversi livelli di trascrizione di p53, esercitano degli effetti modulatori su geni prossidanti o antiossidanti.(47)

A supporto di tale evidenza uno studio dimostra come leproteine redox (Reg/1 e TRR) siano reciprocamente regolate dai livelli di p53. (47)

L’apparato tegumentario è la principale sede di questi fenomeni di natura biochimica e molecolare. Infatti nella cute troviamoun’elevata presenza di enzimi inziatori e produttori di specie reattive dell’ossigeno quali NADPH ossidasi, xantina ossidasi, diverse ossidasi perossisomiche, enzimi appartenenti alla famiglia dei citocromi p 450, ciclossigenasi e lipoossigenasi. Queste serie di enzimi produttori di ROS sono distribuiti fra epidermide e derma. Nella cute invecchiata o fotoinvecchiata questo forte sbilancio pro-ossidativo determina l’attivazione nei fibroblasti senescenti, di pathways mediati da p16/Rb e p53/p21 che conducono all’arresto del ciclo cellulare (senescenza).

Il fotoinvecchiamento è anche uno dei principali meccanismi degenerativi che sisviluppano nella cute, intesa come epidermide, derma. Le radiazioni UV sono in grado, tramite meccanismi di fotosensitizzazione e la presenza di cromofori come: NADH/NADPH, triptofano, riboflavine etc., di aumentare la produzione di perossidi, radicali idrossili. Questi composti hanno la capacità di attivare pathways a valle riguardanti Raf, protein tirosina fosfatasi e MEKK 1, i quali promuovono la traslocazione di altri mediatori chimici che attiveranno l’azione degradativa delle metallo proteasi AP-1 indotte (48).