Ossido nitrico, gas e modulatore intercellulare

 L’edizione numero 28 del Carnevale della Chimica di maggio sarà pubblicata su Arte e Salute, blog della Dr.ssa Emanuela Zerbinatti, divulgatrice di scienza e amica degli animali, ospitato di recente su Chimicare.
IL tema di questo mese è “la chimica dei gas”. I gas ... "sono tra i primi argomenti di scienze che si insegnano ai corsi di qualunque livello. Gas è uno degli stati fondamentali della materia. Di gas ce n’è ovunque, siamo circondati. Ci camminiamo sopra ma, soprattutto, vi siamo immersi. Alcuni sono nocivi, altri decisamente tossici. Molti però sono benefici e alcuni addirittura fondamentali per noi e per tutti gli esseri viventi. Di più: il delicato equilibrio dell’ecosistema terrestre si regge su scambi di gas"...

In un post di due anni fa avevo trattato dell'anidride carbonica, e dei suoi effetti sulla fisiologia in condizioni di salute e in presenza di patologie varie.

L'azoto gassoso condivide somiglianze e proprietà comuni con l'ossigeno moelcolare, O₂, tra cui il legame forte con il gruppo prostetico "eme" delle emoglobine e leg-emoglobine (un tipo è presenti nei noduli delle leguminose), e con i gruppi ferro-zolfo delle proteine. L'ossido nitrico, NO, è una delle forme gassose a rilevanza fisiologica, le altre forme sono l'ossido nitroso, gas esilarante, ed il diossido di azoto, un gas più pesante dell'aria e di colore giallo marrone.

L'ossido nitrico è un radicale libero ed un importante gas-trasmettitore, coinvolto nella comunicazione tra cellule.

 L'azione dell'NO è dipendente dalla sua concentrazione,  e dal gradiente di produzione, oltre che dalla concentrazione di sostanze e proteine "sink", sequestranti, come il glutatione, le perossiredossine, i gruppi eme e gruppi ferro-zolfo. Per la presenza di queste molecole, la sua emivita è di 1-10 secondi, in vivo. Comunque, dopo avere sequestrato NO, queste proteine sono in grado di rilasciarlo al momento opportuno.

NO è prodotto localmente in quantità picomolari, e solo in certe condizioni arriva su scala nanomolare. NO produce la sua azione attraverso diversi meccanismi, modulando l'attività di proteine, enzimi, fattori di trascrizione (nitrosilazione di cisteine e tirosine),  modifica le vie di segnale di altri ormoni. E' implicato anche nella morte cellulare programmata, e nella necrosi fogliare per ridurre la propagazione di patogeni, grazie alla reazione tra NO e radicali ossigeno e ioni superossido, che danno luogo al perossinitrito.   

Ossido nitrico (NO), ossido di carbonio (CO), e  idrogeno (acido) sulfidrico (H2S), sono gas volatili attivi come messaggeri e gasotransmettitori,  sono permeabili  alle membrane cellulari, implicati nella relazione tra batteri del suolo e radici delle piante, nella reoglazioen della crescita radicale, nellle interazioni pianta-patogeno, nella rispsota agli stress abitoici e nella tolleranza alla siccità.

Le piante sono esposte alla sintesi di NO dai batteri del suolo. La produzione di NO è un aspetto degl istep ossidoriduttivi che spaziano da NH₄⁺ a NO₃^- nel ciclo dell'azoto. I  fattori che   influenzano la produzione di NO nel suolo sono la  temperatura, disponibilità di ossigeno l'umidità, il  pH del suolo e  lo stato dell'azoto, fattori che influenzano l'attività dei batteri nitrificanti e denitrificanti.

I batteri assimilano lo ione  nitrato, lo riducono a  nitrito (NO2⁻) in una reazione di riduzione a due elettroni.  L'accumulo di nitrito può essere dannosa se porta a formare tyroppo NO, nitric oxide, con effetti citotossici. il nitrito viene rimosso dal citoplasma grazie a pompe e trasportatori ionici,   oppure è ridotto a ione ammonio e azoto gassoso N₂ 

Nelle piante NO viene formato non-enzimaticamente nell 'apoplasto, ad ambiente acido, oppure enzimaticamente da diverse proteine ad attività enzimatica: la nitrato riduttasi,l'ossidasi alternativa nei mitocondri, la perosssidasi (tipica quella di rafano), la catalasi, la xantina ossido riduttasi, e un complesso enzimatico che vede coinvolte le poliammine.

Negli animali, i più studiati all'inizio sono stati i mammiferi, NO viene prodotto dalle ossido nitrico sintasi, cosntitutive, la NOS neuronale, che produce NO come neurotrasmettitore , e la NOS endoteliale, che produce NO megli onoto come fattore rilassante l'endotelio, scoeperta che ha dato lugo al premi oNobel nel 1998. La NOS inducibile, presente nei macrofagi, si comporta in maniera differente, non è sensibile alla concentrazioen del calcio, e produce quantità nanomolari di NO.

Il substrato utilizzato è l'arginina, insieme a ossigeno mlecolare, e la reazione di ossidoriduzione vede coinvolti NADPH, FAD, FMN, e Tetra-idrobiopterina. Viene prodotta  citrullina, e l'ossido nitrico. In circolo sono presenti concentrazioni significative di dimetil-arginina, che agisce da inibitore della sintesi di NO.

Nel mondo animale l'NO ha un'azione di secondo messaggero che nelle piante non è stata ancora evidenziate. Legandosi al gruppo ferro-zolfo della guanilato ciclasi solubile, attiva la sintesi di GMP ciclico, che amplifica la cascata del segnale che lo vede coinvolto.

L'NO ha un carattere duale, da Giano bifronte. A certe concentrazioni di NO è in grado di indurre o di sopprimere l'espressione della  iNOS nei macrofagi. Livelli bassi di NO da un lato, e molto bassi o molto elevati dall’altro, regolano aspetti fisiologici differenti, e gli effetti citoprotettici o citotossici. Nell’uomo, l’effetto benefice della produzione di NO è dimostrata dalla messa in commercio di farmaci NO-liberanti, la nitroglicerina (Trinitrin) per aiutare la circolazione coronarica nell’angina, il nipradilolo, βeta-bloccante che rilascia NO. Gli inibitori della ciclo-ossigenasi (antinfiammatori anti-COX) e donatori di NO (CINODs) sono oggi in trials clinici, pprodotti dall’azineda francese NicOx, come il naproxcinod (NO-naproxen, nitronaproxen) in fase III per il trattamento della  osteoartrite.

Giornata delle piante -Fascination of plants- aggiornamento

Si tiene il 18 maggio la seconda edizione di 'Fascination of Plants Day', evento internazionale dedicato al ruolo delle specie vegetali nel settore agro-alimentare, farmaceutico, energetico, ambientale e bio-economico. Iniziative didattico-divulgative del Cnr a Milano, Torino e Bari a partire da oggi 14 maggio. Venerdì 17, un incontro a Roma, presso la sede del Cnr 

Si svolgerà il 18 maggio il 'Fopd-Fascination of Plants Day 2013', iniziativa della European Plant Science Organisation che celebra la bellezza del mondo vegetale e il suo valore strategico nei settori alimentare, farmaceutico, ambientale, energetico ed economico. L’iniziativa, alla seconda edizione, coinvolge 56 Paesi in Europa, Asia, Africa, Nord America e Australia e oltre 400 tra istituzioni scientifiche, di ricerca ed università che per l’occasione apriranno al pubblico laboratori, serre sperimentali, orti botanici e musei.
Sul sito "Plant day" tutte le iniziative, anche per città!

In Italia, tra i protagonisti della manifestazione, il Dipartimento di scienze bio-agroalimentari del Consiglio nazionale delle ricerche (Disba-Cnr) che ha organizzato mostre, visite guidate, laboratori aperti, concorsi, attraverso gli Istituti di biologia e biotecnologia agraria, di genetica vegetale, di virologia vegetale, per la protezione delle piante e per le macchine agricole e movimento terra. Alcune iniziative sono in corso partire da oggi 14 maggio (elenco dettagliato al sito del Dipartimento agroalimentare: Eventi FoPD DiSBA).

A Milano, tra gli altri,  la prova pratica Impolliniamo!, il laboratorio Le mani in pasta e la mostra Piante in scatola. A Torino il percorso espositivo e interattivo La salute e l’aspetto delle piante: l’azione della natura e dell’uomo. A Bari Storie di piante e uomini: tra agricoltura e biodiversità, durante il quale i partecipanti potranno assistere all’estrazione di Dna dalla frutta. Venerdì 17 maggio presso l’Aula Marconi del Cnr (Roma, piazzale Aldo Moro 7, ore 9,30–12,00) si terrà un incontro 'Il fascino delle piante e il futuro del pianeta', organizzato dal Disba-Cnr. Partecipano Martin Kater, coordinatore nazionale del Fopd, Francesco Loreto, direttore del Dipartimento, Paolo Costantino dell’Università di Roma Sapienza.

“Le piante oltre ad essere all’origine di tutti gli alimenti che consumiamo”, spiega Alessandro Vitale dell’Ibba-Cnr di Milano, “sono una fonte essenziale di materie prime e costituiscono una componente fondamentale del paesaggio e degli ecosistemi acquatici e terrestri. Nei prossimi anni l’agricoltura e le piante giocheranno un ruolo fondamentale per un nuovo modo di produrre, basato su risorse rinnovabili e processi ecologicamente sostenibili”.

“Con Fascination of Plants Day 2013”, conclude Loreto, “ci auguriamo di alimentare il dialogo fra ricercatori e cittadini, e far conoscere concretamente in cosa consiste la ricerca nel settore della biologia vegetale, ciò che si sta facendo per aumentare la produzione e la qualità dei prodotti vegetali non solo per l’alimentazione, ma anche per gli usi industriali, farmaceutici, energetici e ambientali”

Fascination of Plants Day, 18 maggio 2013

 CNR- Dipartimento di Scienze Bio-Agroalimentari 

 Giornata di lancio del "Fascination of Plants Day 2013"
17/05/2013 ore 9.30 – 12.00 – Aula Marconi, Consiglio Nazionale delle Ricerche - Piazzale Aldo Moro 7, 00185 Roma - Dipartimento di Scienze Bio-Agroalimentari

Tra il 17 ed il 18 maggio anche quest'anno avrà luogo il "Fascination of Plants Day 2013" (www.plantday12.eu), un'iniziativa lanciata dall'EPSO (European Plant Science Organization, www.epsoweb.org), associazione che raccoglie più di duecento istituzioni di ricerca, università e dipartimenti in Europa, con lo scopo di migliorare la visibilità della ricerca sulle piante e sottolinearne l'importanza per l'economia e per l'ambiente. 

Il Dipartimento di Scienze Bio-Agroalimentari (DiSBA) del CNR sarà uno dei protagonisti della manifestazione, supportando numerose iniziative organizzate in diverse città italiane dagli Istituti afferenti al DiSBA. E’ possibile trovare la descrizione completa degli eventi promossi dal Disba e dagli Istituti afferenti sui seguenti siti web e il sito del CNR

  

Il 17 maggio p.v. il Dipartimento organizza, in collaborazione con altri Enti di ricerca e strutture accademiche, una giornata di lancio che ha l’obiettivo di sensibilizzare l’opinione pubblica sull’importanza delle piante nella vita quotidiana e nello stesso tempo interessare le principali autorità competenti per le opportune scelte politiche in direzione del sostegno alla ricerca e all’innovazione in questo campo.

 

 

 

appunti di alimentazione

Recentemente sui social networks si discute su cosa sia scientificamente provato e cosa sia solo bufale o pregiudizi sulle diete, alimentazione non animale, veganismo e così via. Dario Bressanini ha centrato il fuoco sul perchè l'alimentazione animale fa più male dell'alimentazione vegetale, identificando alcuni componenti (colesterolo, grassi saturi) come dannosi al sistema cardiovascolare, rispetto ai grassi insaturi.

Farò mente locale a reminiscenze di Scienze dell'alimentazione, esame sostenuto nel 1976 a Torino, e a letture di ambito biologico per sintetizzare i pro e i contro sui modi sani di nutrizione  e su ciò che è solo moda o new age.

Già alcune buone letture sono state utili per una prima, generale sfarinatura sull'alimentazione. Steinbeck, in Pian della Tortilla, ci dice come una dieta complementare tra proteine del mais e proteine delle fave, riesce a fornire tutti gli amminoacidi essenziali, anche per chi non si può permettere la carne. Inoltre il mais lavorato a tortilla con acqua di calce, libera la nicotinammide (niacina, vitamina PP - previene pellagra) che nella preparazione della polenta rimane complessata e quindi non assorbibile, da cui l'avitaminosi e la pellagra nelle regioni del Nord Italia. Un fenomeno di ottimizzazione da due alimenti si osserva anche nella dieta italiana, per l'associazione tra pasta e formaggio, pizza e mozzarella. Gli amminoacidi forniti da questi due alimenti si complementano fornendo così tutti gli  amminoacidi essenziali ( non sintetizzabili dall'organismo).

Vitamine liposolubili.

Beta carotene, tocoferolo, vitamina A, e vitamina D sono fornite da particolari alimenti. Le prime due sono prevalenti nei vegetali, e sono usate anche come antiossidanti e addizionate in molti preparati industriali (anche non alimentari). La vitamina A e neuroprotettiva, è presente nel fegato, nella crusca dei cereali. Il beriberi prevalente negli orientali è provocato dalla brillatura del riso, che così privato di fibre e vitamina A non è adatto per una alimentazione esclusiva e monotona. Un problema opposto si osserva con l'eccesso di vitamina A, riscontrato negli esploratori polari. Le vitamine liposolubili si accumulano, per cui una alimentazione troppo ricca (fegato di orso  e animali polari) causava disfunzioni neurologiche.

La vitamina D viene sintetizzata a partire da preprovitamina D e steroli presenti anche nei funghi. L'azione dei raggi UV sulla pelle provvede al fabbisogno annuale nelle popolazioni esposte, ma oggi si tende ad un uso improprio di protezioni solari e a evitare l'esposizione (causa buco dell'ozono e aumento dei melanomi).

Anche l'alimentazione adatta facilita la lotta contro questa ipovitaminosi molto diffusa. Carne rossa,  soprattutto fegato, e alimenti arricchiti (uova di gallina alimentate con vitamina D, yogurth e succo d'arancia fortificati, latte in polvere arricchito per lattanti) sono le fonti per gruppi di popolazione in maggiore necessità (anziani,  giovani e donne in gravidanza). Le predisposizioni a cui si vuole ovviare riguardano sia l'osteoporosi, immunomodulazione, malattie autoimmuni, diabete e sistema cardiovascolare. La Sclerosi Multipla ha un elemento predisponente nell'ipovitaminosi D.

Dieta e calorie

l'alimentazione occidentale è squilibrata. Un eccesso di calorie da alimenti sbilanciati e da scarsa attività fisica  causa sia l'aumento di peso (obesità) che l'insorgenza di squilibri del metabolismo (il colesterolo ha un suo ciclo buono, di sintesi e di eliminazione, ma in persone predisposte e con la presenza di LDL e LDH in certe proporzioni agisce sulla restrizione del lume delle arterie).

100 gr di proteine per pasto sono consigliate, ma è difficile che ci si renda conto di quanto, troppo, riusciamo a mangiare (alimentazione frettolosa, abbondante, nevrotica) e 1800 calorie giornaliere. Considerato che 1 grammo di grasso fornisce più del doppio di calorie di proteine e carboidrati, un eccesso di grassi con i pasti è poco salutare. 

Chi consuma un galbanino a pasto, o 100 gr di  grana, emmental e formaggi duri, oltre a un primo e secondo,  o è un lottatore di sumo o un masochista (e si sa come i lottatori di sumo diventino malati e passino il resto della loro breve vita tra problemi metabolici vari).

il formaggio duro contiene il 40% di grassi, quindi 100 grammi forniscono 600 kilocalorie (360 kcalorie da grassi e 240 kcalorie (da 60 grammi di proteine).

Frutta e verdura, cereali integrali come protettori antitumore e favorenti la longevità

Quello che l'alimentazione animale non può fornire sono:

 le fibre (carboidrati complessi, non diabetogeni, alcuni fermentabili solo dalla microflora), i polifenoli (antiossidanti, antitumorali, ecc...), e composti ad azione specifica (sulforafano: attivatore delle vie di segnale e di fattori di trascrizione coinvolti della detossificazione)

gli acidi grassi insaturi (olio extravergine) e poliinsaturi omega-3 (semi, pesce azzurro) e omega-6 (olio di germe di grano, semi di lino)

Inoltre, una alimentazione composta, dà luogo ad una digestione lunga, quindi ad un senso di sazietà maggiore. Anche questo promuove una dieta equilibrata e non esagerata.

In conclusione, la dieta mediterranea è una alimentazione senza divieti, in cui la carne è presente un giorno alla settimana, il pesce due volte o più, e una vasta gamma di frutta e verdura, comprese le noci, mandorle, e le farine integrali forniscono gli elementi base per una vita longeva. Non dimentichiamoci del sapore della pasta fatta in casa con farina integrale, il grosso (non per forza la crusca), orecchiette e pizzarieddhi grigi, dal sapore originale e nutriente
Infine, alcuni composti che introduciamo in eccesso con le carni rosse vengono metabolizzati o trasformati dalla flora microbica in composti tossici, come nel caso della colina metabolizzata a trimetilammina-N-ossido

A major dietary source of choline provided in abundance by egg yolks and meat can, after conversion by intestinal bacteria, raise plasma levels of trimethylamine-N-oxide (TMAO), suggests a report published this week^[1]. It also supports earlier evidence that circulating TMAO is proatherogenic and may have potential as a biomarker of later cardiovascular risk.

The new study, actually a pair of prospective clinical studies, complement each other by establishing dietary phosphatidylcholine metabolism by gut flora as a source of circulating TMAO and TMAO levels as predictors of death, MI, and stroke "independent of traditional risk factors, even in low-risk cohorts," according to the authors, led by Dr WH Wilson Tang (Cleveland Clinic, OH).

Their work is detailed in the April 25, 2013 issue of the New England Journal of Medicine. If it sounds familiar, it may be because the same research team published strikingly similar findings two weeks ago in the journal Nature Medicine ^[2], but naming dietary carnitine--also prevalent in red meat--as an ultimate source of TMAO released by intestinal microbiotia.

Catalizzatori: attivatori di reazioni biochimiche

Aprile, dolce dormire, ma giunti intorno al 20 del mese è l'ora della XXVII edizione del Carnevale della Chimica, in scena sul blog di Marco Capponi

Il tema di aprile è:  Catalisi, vita, ambiente ed ecologia.
Prendo spunto per questo post dal recente articolo:

Chen, X. et al. An RNA degradation machine sculpted by Ro autoantigen and noncoding RNA. Cell 153, 166–177 (2013)

Y RNA: è un non-coding RNAs che forma complessi di proteine, legandosi alle proteine Ro  presenti nella maggior parte dei metazoi e in alcune specie batteriche. Fino ad oggi, la funzione dell' RNA Y  era sconosciuta. Facendo uso di tecniche di biologia strutturale e biochimica, Chen e  colleghi hanno dimostrato che l' RNA Y agisce da  impalcatura  e favorisce l'interazione tra la proteina Ro e l'enzima esoribonucleasi polinucleotide fosforilasi (PNPasi). Il risultato è che fa cambiare drammaticamente la specificità della PNPasi  che diventa  attiva ed efficientemente degrada acidi ribonucleici ad RNA.

Fino ad oggi si era detto molto sull'acido ribonucleico, o RNA. Presente nelle cellule in decine di migliaia di forme, dalla sequenza unica, è stato classificato a seconda delle funzioni che svolge: 

tRNA o RNA transfer e l'RNA ribosomiale nella sintesi di proteine, 

gli RNA messaggeri, quelli che mediano tra codice genetico e traduzione dei geni in proteine e RNA funzionale,

gli snoRNAs, facenti parte di complessi ribonucleoproteici, nella modificazione di nucleotidi di RNA, 

i microRNAs, piccoli ma efficaci nell'inattivare l'espressione di geni specifici, 

gli small RNA atttivi nella difesa da organismi patogeni e nella memoria agli stress ambientali, 

l'RNA interference, nelle sue multiple forme,

 i ribozimi, o forcine ad RNA che riconoscono piccoli metaboliti, nutrienti e microelementi  (vitamine, ioni, cofattori) e regolano lo stato attivo o spento dei geni della loro biosintesi), 

l'RNA catalitico, capace di funzionare da enzima non proteico, come nello splicing di introni nelle forme più elementari di vita,  

 i lincRNAs, non coding RNA  lunghi e interspersi tra i geni conosciuti, di cui si è capito da poco che funzionano da impalcatura per assemblare complessi multifunzionali attivi sulla cromatina (il DNA del genoma, nei suoi due stati principali, trascritto o non trascritto): esempi sono Hotair nell'uomo e Coldair nelle piante

Schema fornito dalla Piattaforma Plants for Future, per la giornata internazionale Fascination of Plants Day,
che viene celebrata in motli dipartimenti di agraria, fisiologia vegetale e botanica, il 18 maggio 2013 

la ricerca Italiana di punta, mostre all'estero

Un viaggio nell’‘Italia del futuro’

Parte il 17 aprile da Tokyo il tour della mostra che espone nel mondo le eccellenze scientifiche della ricerca italiana. Promosso dal ministero degli Esteri, l’evento è realizzato dal Cnr in collaborazione con Iit, Infn e Scuola Superiore Sant'Anna

-->Un viaggio alla scoperta delle più significative eccellenze scientifiche italiane. È la mostra ‘Italia del futuro’, una selezione di oltre 20 exhibit interattivi che dal prossimo 17 aprile saranno ospitati negli Istituti italiani di cultura di Giappone, Stati Uniti ed Europa: prima tappa Tokyo, dove la mostra, grazie al supporto della nostra Ambasciata, è in programma fino al 17 maggio 2013.

L’evento è promosso dal ministero degli Affari Esteri e realizzato dal Consiglio nazionale delle ricerche in collaborazione con Istituto italiano di tecnologia, Istituto nazionale di fisica nucleare, Istituto di biorobotica della Scuola Superiore Sant'Anna e con il contributo di altre istituzioni. L’obiettivo è  diffondere un’immagine dell’Italia in cui scienza e tecnologia rappresentano i cardini dello sviluppo, mettendo in evidenza il contributo della nostra comunità scientifica nel ‘Made in Italy’ e nei settori della robotica, della fisica delle particelle, della medicina, dei trasporti, dell’archeologia e della conservazione dei  beni culturali.

Il percorso espositivo, progettato dalla Sezione divulgazione scientifica dell’Ufficio promozione e sviluppo collaborazioni (Cnr-Psc) su un’idea di Manuela Arata, è articolato in cinque sezioni: in ‘Un nuovo Made in Italy’ sono presenti dispositivi tecnologici sviluppati dall’Ente quali i tessuti ‘a lavatrice zero’ (Istec-Cnr), i sensori elettronici per la rilevazione di CO₂ nelle bottiglie di vino (Cnr-Ifn), e dispositivi fotovoltaici di terza generazione (Cnr Nano e Iit). Dall’Insean-Cnr provengono i modelli di carene di motoscafi e navi militari utilizzati per prove di idrodinamica che costituiscono l’area dei ‘Trasporti’, mentre nell’area ‘Medicina’ sono presenti, tra l’altro, gli impianti ossei di ultima generazione ‘Bone Aid’ (Istec-Cnr) e i sistemi per la riabilitazione degli arti sviluppati dall’Iit ‘ArBot’ e ‘WristBot’. Il Politecnico di Milano cura una particolare esposizione di ‘gioielli e quadri al titanio’.

“Questa mostra è uno spaccato rappresentativo dell'eccellenza scientifica italiana, che dimostra in modo creativo e intrigante quanto la ricerca sia importante e utile per la crescita e il miglioramento delle condizioni di vita in ogni Paese. Un invito a sostenere gli investimenti in ogni settore della conoscenza, anche in tempi di crisi globale”, afferma il Presidente del Cnr Luigi Nicolais.

A cura di Istituto italiano di tecnologia e Sant'Anna è la sezione di ‘Robotica’, con una copia del robot umanoide ‘iCub’ e la zampa idraulica del robot quadrupede ‘HyQ’, del robot per la raccolta differenziata ‘DustCart’, e del prototipo di braccio robotico ‘Octopus’. “La ricerca italiana in alta tecnologia non può prescindere da un rapporto molto stretto con il Giappone. Settori come nanotecnologie, robotica e scienza dei materiali vedono le nostre comunità profondamente coinvolte e collaborative”, dichiara Roberto Cingolani, direttore scientifico dell’Istituto italiano di tecnologia. “La robotica è la risposta tecnologica a bisogni reali dei cittadini, a una società che invecchia, alla necessità di ambienti sempre più intelligenti e sostenibili: la n
 ostra p
artecipazione intende mostrare alcuni strumenti che possono proiettarci nel progresso”, aggiunge Paolo Dario, direttore dell’Istituto di biorobotica della Scuola Superiore Sant'Anna.

Nella sezione dedicata ad ‘Archeologia e beni culturali’, invece, il Cnr presenta la ricostruzione virtuale della tomba etrusca Regolini-Galassi (Itabc-Cnr) e il portale del Museo virtuale dell’Iraq (Ibam-Cnr), oltre a una postazione interattiva sulle missioni archeologiche al di fuori del territorio italiano sostenute dal ministero degli Affari Esteri. L’Istituto nazionale di fisica nucleare, infine, cura la ‘Fisica delle particelle’ con una postazione virtuale che permette di visitare i laboratori del Gran Sasso, alcuni dei mattoncini utilizzati nell’esperimento ‘Opera’ per la rilevazione di neutrini e un exhibit interattivo che riproduce le collisioni di particelle. “La collaborazione della comunità di fisici italiani con quella giapponese è consolidata e riguarda importanti esperimenti internazionali: con questa mostra crediamo di consolidare ulteriormente il legame tra i nostri scienziati”, ricorda il presidente dell’Infn Fernando Ferroni.

‘Italia del futuro’ è allestita all’Istituto italiano di cultura a Tokyo nell’ambito della rassegna ‘Italy in Japan 2013’: l’apertura al pubblico sarà preceduta da una tavola rotonda sul tema della cooperazione nella ricerca che vedrà coinvolti i rappresentanti degli enti organizzatori, in programma martedì 16 aprile. Mercoledì 17, sempre all’Istituto, si terrà il workshop ‘Research cooperation for the sea of tomorrow’, con esperti italiani e giapponesi. 

Il tour della mostra prosegue con le due tappe statunitensi, in occasione dell’Anno della cultura italiana in Usa a San Francisco (12 luglio–23 agosto) e a Los Angeles (13 settembre–10 ottobre), per concludere il 2013 a Budapest (26 novembre–18 dicembre) dove la mostra è organizzata nell’ambito dell’Anno culturale Italo-ungherese. Edizioni minori della mostra, con contributi video e totem touch screen, sono inoltre previste a Sofia, Algeri, Tripoli, Toronto, Vancouver e Baghdad.

Roma, 10 aprile 2013

 La Scheda
Che cosa: mostra ‘Italia del futuro’
Dove: Istituto italiano di cultura a Tokyo (2-1-30 Kudan Minami, Chiyoda-ku, 102-0074 Tokyo) 
Quando: 17 aprile -17 maggio 2013

La chimica del Priming

Il Carnevale della Chimica n. 26 è in uscita in 23 marzo sul blog di Teresa Celestino "Pensieri in provetta",  si parlerà di “Chimica della difesa”, e dei meccanismi molecolari e sistemi di segnale utilizzati per fronteggiare agenti esterni dannosi per la salute dell’organismo, nell'uomo, nel mondo animale e nelle piante.

In questo post tratterò di ormoni vegetali, uno dei temi del mio lavoro di ricerca sulle piante, di meccanismi di riconoscimento di prodotti estranei (proteine e polisaccaridi) di funghi, batteri e virus (stress biotici),  dal rilevamento dell'ospite fino allo scatenamento di una risposta efficace e di segnali di memoria nelle piante.

L'acido jasmonico, estratto per la prima volta da arbusti di gelsomino (da cui il nome) e presente in altre specie di piante,   è un ormone vegetale 

Sintetizzato a partire dall'acido linoleico (tramite lipossigenasi, allene ossido sintasi e allene ossido ciclasi, e acido ossifitodienoico riduttasi), è implicato tra l'altro nella difesa contro stress fisici (ferite), chimici (ozono) e biotici (insetti, funghi,  e batteri patogenici e avirulenti). La sua presenza comporta la sintesi di proteine quali: difensina, tionina e chitinasi, che determinano la resistenza sistemica indotta (ISR). L'acido jasmonico ed alcuni suoi derivati (jasmonato di metile, MeJA), sono utilizzati come elicitori, ossia agenti in grado di indurre nelle piante,  la produzione di metaboliti secondari implicati nella difesa chimica, e la modificazione della parete cellulare (deposizione di callosio e pectina).

La memoria epigenetica (da una generazione alle altre) mediata dagli ormoni passa attraverso la metilazione del DNA, la trascrizione di RNA non codificante (small RNA, ncRNA), e la modificazione psot-traduzionale degli istoni.

Il metil-jasmonato è un composto volatile, che penetra la membrana, produce l'effetto tipico dell'acido jasmonico, ed è usato come iniziatore chimico della risposta jasmonato-mediata. Il derivato dell'acido jasmonico che è attivo nella pianta è il suo coniugato con un amminoacido, jasmonoil-isoleucina (JA-Ile). Il JA-Ile si lega ed è riconosciuto dal complesso SCF, formato da una proteina F-box a da COI1, il recettore di JA-Ile, una E3 ubiquitina ligasi, che trasferisce ubiquitina sul F-box e la destina alla degradazione proteolitica. Questo segnale permette la liberazione del fattore di trascrizione MYC, che è il vero effettore e media l'azione del jasmonato aumentando l'espressione di vari prodotti genici (defensine, inibitori di proteine, ecc..). 

La coronatina è una fitotossina prodotta da batteri Pseudomonas syringae, che mimica il JA-Ile e la sua azione su COI.  E' coinvolta nella riapertura degli stomi  dopo che questi sono stati chiusi in risposta al segnale della piante che ha sentito la presenza batterica ed interferisce cn le risposte  mediate da un altro ormone, l'acido salicilico, in seguito all'infezione. 

Wounding: la ferita da insetti stimola la produzione di VOCs, composti volatili (terpeni, aldeidi) che attraggono insetti antagonisti

Acido salicilico (SA)

SA è conivolto nella propagazione del segnale tra i veri tessuti, e media  la difesa contro i patogeni, inducendo la sintesi di proteine PRP

(pathogenesis-related proteins), ed è  coinvolto nell'instaurarsi della resistenza sistemica acquisita (SAR)

Il segnale è in grado di trasferirsi alle piante vicine, mediato dall'estere volatile metil salicilato.

Sistemina

Nel 1991, è stato scoperto un peptide di 18 amminoacidi ricco in idrossiprolina che è un segnale mobile nelle foglie del pomodoro, che induce proteine come gli inibitori di proteasi  (PIs) in risposta al wounding, la percezione delle ferite.  Questo peptide nelle Solanceae è idrossilato e glicosilato. Nel 2006, è stato isolato un altro peptide, AtPEP1, di 23 amminoacidi che attiva i componenti della risposta immune,. privo di idrossilazione e glicosilazione.  La sistemina è il mediatore della risposta all'acido salicilico.

La risposta ipersensibile (HR)  è la prima fase localizzata dell'attacco patogeno, spesso viene seguita da un evento necrotico localizzato che serve a contenere la diffusione del patogeno.

JA) e  etilene (ET) giocano un ruolo importante nella risposta allo stress biotico da patogeni necrotropi, le loro vie di segnale sono sinergiche e confluiscono su una classe di fattori di trascrizione che rispondono a entrambi gli ormoni, Apetala/etilene responsive element factor, o AP/ERF. Questi fattori di trascrizione riconoscono nei promotori target le sequenze GCCGCC, nei geni inducibili PR (patogenesis related).

Elementi che scatenano il riconoscimento di un organismo estraneo sono i PAMP ossia pathogen-associated molecular pattern, come il flagello  ed il Recettore della flagellina, i polisaccaridi fungini, chitina e galattomannani e il loro recettore, LPS, peptidoglicani, eccetera.

I recettori per questi elementi estranei sono composti da una parte extracellulare LRR (Leucine rich repeat) ed una intracellulare (Receptor like kinase), oppure quelli del tipo NBS-LRK. LA regione LRR è importante nel sensing immunitario in tutti gli organismi, è prsente anche nei pesci, come la lampreda, è fornisce una ipervariabilità di combinazioni simile agli anticorpi, nel senso che sono in grado di formare n-tipi di strutture adattabili ad n-tipi di antigeni.

PAMP e immunità scatenata da PAMP (PTI) 

Le piante rispondono a questi PAMP mediante Proteine PR i resistenza alla malattia.    Il segnale dato da SA ferma la crescita e stimola la risposta  immune.  Gran parte dei geni indotti da SA  ano sotto il controllo di NPR1. NPR1 normalmente è presente come oligomero collegato da ponti disolfuro nel citoplasma. In seguito ad SA, gli oligomeri NPR1 vengono liberati dall’azione dei riducenti intracellulari. NPR1 si lega direttamente ad SA mediante gruppo prostetico (ioni rame) con due residui di cisteina.
 

AFM: actinomycorriza, funghi e batteri associati, sono spesso simbionti (collaborazione benefica per entrambi i partners) in molte piante hanno un effetto benefico sull'adattamento a stress biotici ad abiotici (siccità, sale, caldo, freddo e ioni tossici).

Questi microrganismi producono ormoni (etilene, acido jasmonico, auxine, acido abscissico) sostanze patogen oantagoniste, e composti chimici che influenzano l'attvità romonale dell'etilene, delle citokinine, gibberelline, acido salicilico, ecc...

• In P. indica, a component in the exudates of the fungal hyphae was found to induce root growth (Fassner 2012). Ethylene-responsive genes are repressed in P. indica-colonised barley roots (Schäfer et al. 2009). Considering that some rhizobacteria produce enzymes that degrade ethylene, the P. indica compound seems to inhibit ethylene signalling

Un effetto benefico è stato scoperto dall'applicazione di un amminoacido non naturale, l'acido D-betaamminobutirrico (BABA, enantiomero specifico).

• BABA not only mimics SAR-related priming by potentiating SA-inducible defences, but also primes pathogen-induced deposition of callose-containing papillae, which functions independently of SA and JA, but requires intact biosynthesis and perception of the plant hormone abscisic acid (ABA)

Il priming, o precondizionamento dei tessuti per una efficiente attivazione dei meccanismi di difesa,  si avvale o di composti mimetici di ormoni, o di sostanze che influenzano la sintesi o il catabolismo degli ormoni stessi.

Il Bion (Syengenta) è un prodotto commerciale analogo dell'acido salicilico. il cis-3-hexenyl-acetate (Z-3-6:AC) aumenta la sintesi di acido jasmonico ed è usato per indurre priming nel mais.

Il probenazolo è stato studiato nel priming nel riso. N altro interessante composto efficace nel priming è l'acido 4-clorobenzoico e la sua azione sul recettore dell'acido salicilico.

• Immune-priming chemicals such as probenazole help protect rice against infection, but leave other critical crops vulnerable. Pretreatments increased the accumulation of endogenous SA, but reduced its metabolite, SA-O-β-D-glucoside. Inducing compounds inhibited two SA glucosyltransferases (SAGTs) in vitro.
• ImprimatinC1 acts as a functional analogue of SA, but only partially mimics SA action.
• ImprimatinC1 confers disease resistance to Arabidopsis plants,  did not induce cell death without pathogen challenge.
• the synthetic auxin sirtinol also contains an imine bond and is hydrolysed after incorporation into cells. One of its metabolites, 2-hydroxy-1-naphthaldehyde (HNA), can then be catabolised by a moco-containing aldehyde oxidase to become the active molecule 2-hydroxy-1-naphthoic acid (HNC)
• imprimatinC1 may be broken into two smaller molecules and that 4-chlorobenzoic acid (4-CBA) might function as the active core of imprimatinC1. To test this possibility, we investigated whether 4-CBA can function as an immune potentiator
• Unlike imprimatinA and B, which target SA metabolism, imprimatinC compounds exhibit weak SA-analogous activity and induce the expression of defence genes independent of pathogen challenge. 

1.        Noutoshi, Y., Jikumaru, Y., Kamiya, Y. & Shirasu, K. ImprimatinC1, a novel plant immune-priming compound, functions as a partial agonist of salicylic acid. Scientific Reports 2, 705 (2012).