Bioenergetica, Biochimica metabolica e della nutrizione Coordinatore: Bergamini.

Fig.1: Valutazione della mitofagia mediante microscopia confocale in fibroblasti di controllo e mutanti LIG3.I pannelli, da sinistra a destra, mostrano immagini rappresentative di fibroblasti controllo, del paziente 1-1 e del paziente 3-2, co-marcati con MitoTracker Green (mitocondri) e LysoTracker Red (lisosomi). Scale bar: 20 μm.

Temi di ricerca del gruppo

La biochimica del metabolismo e la bioenergetica studiano i processi chimici cellulari responsabili della produzione e dell’utilizzo dell’energia. Il metabolismo comprende le reazioni che trasformano i nutrienti in energia e molecole fondamentali per la vita, mentre la bioenergetica studia i meccanismi di generazione e conservazione dell’energia, in particolare la fosforilazione ossidativa mitocondriale e la sintesi di ATP.

Il lavoro del gruppo si articola su tre linee di ricerca principali.

1. Studio delle vie metaboliche e bioenergetiche in condizioni fisiologiche e patologiche

I processi metabolici e bioenergetici sono altamente regolati per garantire l’equilibrio energetico e la risposta alle variazioni ambientali. Una migliore comprensione di questi processi è cruciale per comprendere le basi molecolari di malattie metaboliche, invecchiamento, patologie neurodegenerative ed oncologiche. Questi studi si articolano in:

  - Studio del ruolo della bioenergetica mitocondriale nella regolazione dell’omeostasi cellulare. 

 - Analisi del metabolismo cellulare in malattie come diabete, obesità, cancro e neurodegenerazione.

2. Studio dell'effetto di componenti bioattivi naturali sul metabolismo, sulla segnalazione redox e sulla bioenergetica cellulare. Questi studi sono anche indirizzati alla valorizzazione degli scarti alimentari.

Le molecole bioattive di origine naturale possono modulare processi biologici chiave quali metabolismo, bioenergetica, infiammazione e stress ossidativo, rappresentando quindi un settore di crescente interesse per la medicina e la nutrizione umana. La conoscenza delle basi molecolari della loro funzione è importante per la prevenzione e il trattamento di diverse patologie. Il nostro gruppo di ricerca si propone di:

   - Analizzare l’impatto dei composti naturali sulla regolazione del metabolismo glucidico, lipidico e proteico. 

   - Studiare l’influenza di queste sostanze sulla produzione di ATP, sulla dinamica mitocondriale e sulla gestione dello stress ossidativo.

Fig.2: Analisi della morfologia mitocondriale in fibroblasti di controllo e fibroblasti mutati nel gene SPART (e19) colorati con MitoTracker Green. La morfologia mitocondriale è stata valutata mediante il plugin MiNa di ImageJ. I fibroblasti mutanti mostrano una distribuzione prevalentemente perinucleare dei mitocondri e una lunghezza del network mitocondriale significativamente ridotta rispetto ai controlli.

3. Applicazione della proteomica per la ricerca di biomarcatori in patologie umane e per lo studio degli effetti di nutraceutici in modelli cellulari di infiammazione e neurodegenerazione.

L’analisi comparativa di interi proteomi da fluidi biologici, tessuti e cellule permette di individuare differenze di espressione di proteine e suggerire potenziali biomarcatori di patologia utili nella diagnosi o nel monitoraggio della terapia. I nostri studi prevedono di:

- Comparare il proteoma di campioni biologici sani e patologici tramite analisi 2DE/MS/MS e/o proteomica shotgun

- Studiare l’effetto di nutraceutici in modelli cellulari di infiammazione e neurodegenerazione e i loro potenziali targets

Membri del Laboratorio

Christian Bergamini, Professore Associato

Cecilia Prata, Professoressa Associata

Laura Giusti, Professoressa associata

Romana Fato, Professoressa Alma Mater

Nicola Rizzardi, Assegnista Post Doc

Francesca Valenti, Dottoranda

Luca Pincigher, Dottorando

Chiara Zalambani, Dottoranda

Martina Salmi, Dottoranda

Posizioni disponibili e progetti di internato

Linea di ricerca 1:  2 posti di internato per tesi per anno

Linea di ricerca 2 e 3:  1-2 posti di internato per tesi per anno

Pubblicazioni significative

• Diquigiovanni C, Rizzardi N, Cataldi-Stagetti E, Gozzellino L, Isidori F, Valenti F, Orsini A, Astolfi A, Giangregorio T, Pironi L, Boschetti E, Arrigo S, Maresca A, Magnoni P, Costanzini A, Carelli V, Taniguchi-Ikeda M, Fato R, Bergamini C, De Giorgio R, Bonora E. Glutamine Supplementation as a Novel Metabolic Therapeutic Strategy for LIG3-Dependent Chronic Intestinal Pseudo-Obstruction. 2025 Jan;168(1):68-83. doi: 10.1053/j.gastro.2024.08.009. Epub 2024 Aug 21. PMID: 39173721.
• Diquigiovanni C, Rizzardi N, Kampmeier A, Liparulo I, Bianco F, De Nicolo B, Cataldi-Stagetti E, Cuna E, Severi G, Seri M, Bertrand M, Haack TB, Marina AD, Braun F, Fato R, Kuechler A, Bergamini C, Bonora E. Mutant SPART causes defects in mitochondrial protein import and bioenergetics reversed by Coenzyme Q. Open Biol. 2023 Jul;13(7):230040. doi: 10.1098/rsob.230040.
• Cervia D, Zecchini S, Pincigher L, Roux-Biejat P, Zalambani C, Catalani E, Arcari A, Del Quondam S, Brunetti K, Ottria R, Casati S, Vanetti C, Barbalace MC, Prata C, Malaguti M, Casati SR, Lociuro L, Giovarelli M, Mocciaro E, Falcone S, Fenizia C, Moscheni C, Hrelia S, De Palma C, Clementi E, Perrotta C. Oral administration of plumbagin is beneficial in in vivo models of Duchenne muscular dystrophy through control of redox signaling. Free Radic Biol Med. 2024 Nov 20;225:193-207. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2024.09.037. PMID: 39326684.
• Rizzardi N, Pezzolesi L, Samorì C, Senese F, Zalambani C, Pitacco W, Calonghi N, Bergamini C, Prata C, Fato R. Natural Astaxanthin Is a Green Antioxidant Able to Counteract Lipid Peroxidation and Ferroptotic Cell Death. Int J Mol Sci. 2022 Dec 1;23(23):15137. doi: 10.3390/ijms232315137. PMID: 36499464; PMCID: PMC9737268.
• Zallocco L, Ronci M, Pantalone A, Mazzoni MR, Ramoretti E, Lucacchini A, Giusti L, Sebastiani L. Modulation of test anxiety-induced salivary protein secretion by ovarian steroid hormones: a preliminary study. J Physiol Biochem. 2025 Feb;81(1):215-228. doi: 10.1007/s13105-025-01067-w.