La relazione tra la struttura e le diverse proprietà fisico-chimiche delle antocianine, quali l'assorbimento della luce, la stabilità, la reattività, è stata ampiamente studiata. A parte l'ovvio ruolo vesperale nei fiori e nei frutti, l'attività antiossidanti esercitata anche in vivo e il loro ruolo nell'assorbimento dell'eccesso di luce e nella protezione dell'apparato fotosintetico, le informazioni sul ruolo specifico di specifiche antocianine nelle cellule che le producono ed accumulano sono scarse. Per investigare su questo aspetto, si è ideata una strategia sperimentale che consiste nel variare il profilo metabolico di colture cellulari nel valutare l'effetto della variazione metabolica sulla capacità delle cellule di rispondere ad uno stress di tipo abiotico. Le colture cellulari utilizzate (di Ocimum basilicum, Petunia hybrida e Daucus carota), sono state selezionate per la produzione di antocianine e accumulano anche alti livelli di acidi idrossicinnamici, presentando un loro caratteristico profilo metabolico riguardo a queste due classi di metaboliti secondari. La variazione del profilo metabolico viene ottenuta mediante somministrazione di inibitori enzimatici e o precursori della via metabolica dei fenilpropanoidi. Gli stress abbi ottici utilizzati finora consistono in uno stress ossidativo, ottenuto attraverso somministrazione di glucosio e glucosio ossidasi, che generano acqua ossigenata e uno stress termico (1h a 44°C). l’effetto di tali stress e sulle colture cellulari viene valutato mediante analisi al microscopio e analisi di metaboliti attraverso HPLC-DAD e HPLC-ESI-MS. in cultura cellulare di basilico il trattamento con acido 3,4-metilenediossi-cinnamico, inibitore della formazione di coumaroyl-CoA,porta ad una riduzione del contenuto di alcune antocianine, acido rosmarino e altri derivati di acidi idrossicinnamici. Linee cellulari di pecunia che producono antocianine derivate dalla delfinidina, petunidina e malvidina, in seguito a trattamento con acido piperonilico (che inibisce la formazione di acido cumarico), subiscono una diminuzione nell’accumulo di tali metaboliti, mentre la contemporanea somministrazione di taxifolina, precursore della cianidina, promuove la formazione di nuovi derivati della cianidina e della peonidina. Dati preliminari indicano che in presenza di acido piperonilico lo stress ossidativo causa un aumento della mortalità cellulare rispetto il controllo. Colture cellulari di carota pigmentate R3M sono caratterizzate da antocianine derivate dalla cianidina e acilate con diversi acidi idrossicinnamici. In seguito alla somministrazione di taxifolina e di specifici acidi idrossicinnamici, è stato possibile incrementare l’accumulo delle rispettive antocianine acilate, ad eccezione delle antocianine acilate con acido caffeico. Per valutare l’effetto di queste modificazioni del profilo metabolico sulla resistenza allo stress si è utilizzato lo stress termico, che causa gravi danni alle cellule di carota, attivando un processo di morte lenta preceduta dall’aggregazione del citoplasma in placche, oltre a un danno ossidativo alle membrane cellulari. Tra i vari trattamenti analizzati, si è visto che la somministrazione di taxifolina e acido ferulico (che porta alla diminuzione della maggior parte dei metaboliti, all’accumulo della cianidina acilata con acido ferulico e alla comparsa dei diversi nuovi derivati dell’acido ferulico) favorisce una maggiore resistenza ai danni provocati dallo stress termico e alla conseguente morte cellulare.

Approcci per lo studio del ruolo biologico di specifici metaboliti secondari.

STRAZZER, Pamela;Commisso, Mauro;TOFFALI, Ketti;CEOLDO, Stefania;GUZZO, Flavia;LEVI, Marisa
2011

Abstract

La relazione tra la struttura e le diverse proprietà fisico-chimiche delle antocianine, quali l'assorbimento della luce, la stabilità, la reattività, è stata ampiamente studiata. A parte l'ovvio ruolo vesperale nei fiori e nei frutti, l'attività antiossidanti esercitata anche in vivo e il loro ruolo nell'assorbimento dell'eccesso di luce e nella protezione dell'apparato fotosintetico, le informazioni sul ruolo specifico di specifiche antocianine nelle cellule che le producono ed accumulano sono scarse. Per investigare su questo aspetto, si è ideata una strategia sperimentale che consiste nel variare il profilo metabolico di colture cellulari nel valutare l'effetto della variazione metabolica sulla capacità delle cellule di rispondere ad uno stress di tipo abiotico. Le colture cellulari utilizzate (di Ocimum basilicum, Petunia hybrida e Daucus carota), sono state selezionate per la produzione di antocianine e accumulano anche alti livelli di acidi idrossicinnamici, presentando un loro caratteristico profilo metabolico riguardo a queste due classi di metaboliti secondari. La variazione del profilo metabolico viene ottenuta mediante somministrazione di inibitori enzimatici e o precursori della via metabolica dei fenilpropanoidi. Gli stress abbi ottici utilizzati finora consistono in uno stress ossidativo, ottenuto attraverso somministrazione di glucosio e glucosio ossidasi, che generano acqua ossigenata e uno stress termico (1h a 44°C). l’effetto di tali stress e sulle colture cellulari viene valutato mediante analisi al microscopio e analisi di metaboliti attraverso HPLC-DAD e HPLC-ESI-MS. in cultura cellulare di basilico il trattamento con acido 3,4-metilenediossi-cinnamico, inibitore della formazione di coumaroyl-CoA,porta ad una riduzione del contenuto di alcune antocianine, acido rosmarino e altri derivati di acidi idrossicinnamici. Linee cellulari di pecunia che producono antocianine derivate dalla delfinidina, petunidina e malvidina, in seguito a trattamento con acido piperonilico (che inibisce la formazione di acido cumarico), subiscono una diminuzione nell’accumulo di tali metaboliti, mentre la contemporanea somministrazione di taxifolina, precursore della cianidina, promuove la formazione di nuovi derivati della cianidina e della peonidina. Dati preliminari indicano che in presenza di acido piperonilico lo stress ossidativo causa un aumento della mortalità cellulare rispetto il controllo. Colture cellulari di carota pigmentate R3M sono caratterizzate da antocianine derivate dalla cianidina e acilate con diversi acidi idrossicinnamici. In seguito alla somministrazione di taxifolina e di specifici acidi idrossicinnamici, è stato possibile incrementare l’accumulo delle rispettive antocianine acilate, ad eccezione delle antocianine acilate con acido caffeico. Per valutare l’effetto di queste modificazioni del profilo metabolico sulla resistenza allo stress si è utilizzato lo stress termico, che causa gravi danni alle cellule di carota, attivando un processo di morte lenta preceduta dall’aggregazione del citoplasma in placche, oltre a un danno ossidativo alle membrane cellulari. Tra i vari trattamenti analizzati, si è visto che la somministrazione di taxifolina e acido ferulico (che porta alla diminuzione della maggior parte dei metaboliti, all’accumulo della cianidina acilata con acido ferulico e alla comparsa dei diversi nuovi derivati dell’acido ferulico) favorisce una maggiore resistenza ai danni provocati dallo stress termico e alla conseguente morte cellulare.
Ruolo biologico; Metaboliti secondari; Fenilpropanoidi; Daucus carota; Cell culture; Metabolomica; Stress termico; Ocimum basilicum; Petunia hybrida
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