Hai diritto all' IVA al 4%
Servizio Clienti (+39) 055.36.05.62

Principali Biomarkers (parte 3)

11/02/2018 - AUTORE: Tiziana Scotti

Alterazioni del DNA a diversi livelli. Molti inquinanti ambientali cancerogeni e mutageni, quali gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) e le diossine, possono danneggiare il DNA in vario modo, causando la rottura della doppia elica, la frammentazioni deicromosomi, mutazioni. Ognuna di queste alterazioni può essere quantificata ed utilizzata come biomarker (Shugart, 1990).

• Formazione degli addotti: si originano quando certe molecole genotossiche formano legami stabili con il DNA.Questo tipo di risposta è identificata con in metodo immunochimico (ELISA) e con tecniche radiochimiche (32 P-Postlabeling).

• Modificazioni secondarie: sono rappresentate dalla rottura della doppia elica, causata dalla formazione degli addotti. Questa  tecnica è investigata con il metodo dell’”Alcaline Unwinding” che  è una valutazione quantitativa spettrofotometrica.

Eventi irreversibili: si manifestano quando la capacità di riparo dell’organismo è superata dall’effetto dell’inquinante. Sono un esempio le aberrazioni cromosomiche. La quantificazione avvienetramite test citologici.

• Mutazioni: rappresentano l’evento ultimo d’alterazione del DNA, sono modificazioni che vanno ad incidere sulla funzionalità del

Proteine come risposte. In questa categoria di biomarker ricadono tutte quelle proteine funzionali che possono essere indotte o inibite dalla presenza di contaminanti (McCarthy & Shugart, 1990):

Proteine inducibili: In questa suddivisone troviamo meccanismi adattativi e protettivi coinvolti nella detossificazione da composti xenobiotici e metalli pesanti quali:

Sistema delle monoossigenasi a funzione mista (MFO): ha la funzione di ossidare i composti organici lipofili anche d’origine xenobiotica (idrocarburi aromatici, pesticidi, ecc..), per renderli più solubili e più facilmente eliminabili. Questo sistema multienzimatico è “substrato-inducibile” e “substrato-specifica” ossia la presenza di sostanze xenobiotiche induce la sintesi di nuove proteine funzionali in una quantità proporzionale alla concentrazione dell’inquinante. Possiamo quindi estrapolare informazioni sia di tipo qualitativo sia di tipo semi-quantitativo.

• Metallotioneine: sono proteine citoplasmatiche, che hanno la capacità di legare stabilmente metalli essenziali Cu e Zn ma anche metalli estremamente tossici come Cd e Hg riducendone gli effetti. Esse sono substrato-inducibili e quindi rappresentano un biomarker specifico per i metalli pesanti (Viarengo, 1990) (vedi cap. 5).

• Proteine da shock termico (HSP):sono proteine citoplasmatiche, che svolgono un ruolo molto importante nel ripiegamento delle proteine cellulari. È dimostrato che la risposta "heat shock" è un evento comune a tutti gli organismi (animali e vegetali), caratterizzato dall'aumentata sintesi delle proteine hsp in risposta ad un numero molto elevato di stimoli endogeni (febbre, infiammazione, ischemia, carenza di glucosio, ma anche differenziamento, cancerogenesi, invecchiamento) ed ambientali, Introduzione Biomarker naturali e non (aumento di temperatura, ipossia, shock osmotico, variazione di pH, metalli pesanti, etanolo, policlorobifenili, perossido di idrogeno, tossine metaboliche, etc) (vedi cap. 4).

Proteine inibite: Di questa categoria fanno parte le attività enzimatiche come l’esterasi ematiche e celebrali che sono bloccate da insetticidi organofosforici. Nella famiglia dell’esterasi troviamo due classi fondamentali: l’esterasi A destinate alla detossificazione da organofosforici e l’esterasi B che invece sono inibite.  Le esterasi β celebrali (acetilcolinesterasi) ed ematiche (butirrilcolinesterasi, carbossiesterasi) rappresentano uno strumento valido per la valutazione del rischio connesso all’utilizzo degli insetticidi.

L’inibizione è stimata comunemente con test enzimatici spettrofotometrici.

Alterazioni sistema immunitario Il sistema immunitario ha la capacità di distruggere elementi estranei e difendere l'organismo da agenti patogeni. L’utilizzo delle risposte immunitarie come biomarker è un buon indice dello stato di salute dell’organismo. Un aumento nel sangue di cellule con la funzione di difesa o d’anticorpi, oppure l'attivazione di riposte citotossiche negli emociti, rappresenta uno stato di salute alterato.

Alterazioni istopatologiche. In conseguenza del loro effetto tossico, molti composti inquinanti provocano alterazioni istopatologiche in organi bersaglio, in particolare, nel fegato nei vertebrati e nella ghiandola digestiva nei molluschi. L'utilizzo di tecniche istochimiche rappresenta quindi un ottimo strumento per valutare la risposta ad effetti acuti e cronici indotti da inquinanti.

Stabilità delle membrane lisosomiale. I lisosomi sono organuli citoplasmatici circondati da una proprie membrana contenenti enzimi idrolitici che servono alla cellula per la digestione Introduzione Biomarkerdi macromolecole. Gli enzimi lisosomiali sono in grado di idrolizzare proteine, polisaccaridi, grassi, acidi nucleici. Essi lavorano in ambiente acido, ad un pH  ottimale 5. La membrana lisosomiale riesce a mantenere bassi livelli di pH interno pompando ioni idrogeno dal citosol verso l’interno del lume del lisosoma. Un’altra funzione chiave dei lisosomi è il riciclaggio delle sostanze organiche cellulari, un processo denominato autofagia che si verifica quando un lisosoma ingloba un altro organulo o una piccola parte del citosol  (Campbell, 1995). Molto importante è il ruolo dei lisosomi negli organismi acquatici in relazione alla regolazione dell’osmolarità e del volume cellulare ottenuta attraverso il catabolismo proteico e il controllo della concentrazione citosolica degli amminoacidi. Proprio per i compiti assolti i lisosomi entrano in contatto con la sostanze xenobiotiche , le quali inducono alterazioni alle membrane lisosomiali causando la loro destabilizzazione. Recenti studi hanno mostrato un significativo aumento del volume dei lisosomi nei mitili (Muyilus edulis) e nella chiocciola (Liottorina littorea) in risposta a idrocarburi (Lowe et al., 1981). L’aumento del volume lisosomiale è stato associato alla destabilizzazione delle membrane o all’incremento della permeabilità delle stesse (Moore, 1976; Baccino, 1978).

Accumulo di lipidi neutri nei lisosomi. Altre alterazioni, indotte dagli idrocarburi, in particolare quelli aromatici, sono l’accumulo di lipidi neutri insaturi all’interno dei lisosomi. Tale alterazione del metabolismo è in genere correlata ad una alterazione dello stato redox cellulare, e può essere messa in evidenza con una opportuna colorazione.

Accumulo di lipofuscine nei lisosomi. L’alterazione dello stato redox dei lisosomi è segnalato dall’accumulo di lipofuscine. Quest’ultime sono pigmenti di derivazione lipidica presenti all'interno dei lisosomi, che si originano dall'ossidazione degli acidi grassi polinsaturi di cui sono ricchi i tessuti. L’accumulo di lipofuscine può essere correlato ad una alterazione dello stato redox cellulare può essere messo in evidenza con opportune analisi citochimiche quantitative che permettono di stimare il livello di alterazione dell’attività lisosomiale.

Fonti e approfondimento. (“Utilizzo di biomarker per la valutazione dello stato di salute di Mytilus Galloprovincialis” AA 2001-2002 della Dr. Bruna Gravina – Relatore Prof. Elena Fabbri.http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/didattica/pdf_files/2_Biomarker.pdf; Marcatori molecolari in epidemiologia “ biomarcatori e Uso delle risposte biologiche per lo studio del cancro associatoall’esposizione ambientale”)