Biochimica metabolica e bioenergetica. Coordinatrice: Fato

Fig.1: Valutazione della mitofagia mediante microscopia confocale in fibroblasti di controllo e mutanti LIG3. I pannelli mostrano immagini sovrapposte di CNT, 1-1 e 3-2, co-marcati con MitoTracker Green e LysoTracker Red. Sono stati analizzati tre campi visivi in almeno 3 campioni indipendenti per ciascuna linea cellulare. Barre della scala: 20 μm.

Temi di ricerca del gruppo

La biochimica del metabolismo e la bioenergetica studiano i processi chimici che avvengono nelle cellule per produrre e utilizzare energia. Il metabolismo comprende un insieme di reazioni biochimiche che trasformano i nutrienti in energia e molecole fondamentali per la vita. La bioenergetica si focalizza sui meccanismi con cui le cellule generano e immagazzinano energia, principalmente attraverso la fosforilazione ossidativa mitocondriale e la produzione di ATP. L’attività di ricerca del nostro gruppo è focalizzata sullo studio dei processi metabolici e bioenergetici cellulari allo scopo di comprenderne meglio i meccanismi molecolari e per tradurre queste conoscenze in applicazioni cliniche per la salute umana. Il lavoro del gruppo è articolato su tre  principali temi di ricerca:

1. Comprensione dei meccanismi metabolici e bioenergetici

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:

• Analisi delle vie metaboliche e delle interazioni tra metabolismo e segnali cellulari in condizioni fisiologiche e patologiche.
• 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 composti bioattivi di origine vegetale sul metabolismo e sulla bioenergetica cellulare

Le molecole bioattive di origine vegetale possono modulare processi biologici chiave quali metabolismo, bioenergetica, infiammazione e stress ossidativo, rappresentando quindi un settore di crescente interesse per la medicina e la nutraceutica. 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 vegetali 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 (h) Micrografie rappresentative di fibroblasti di controllo ed e19 colorati con MitoTracker Green. (i) Analisi della morfologia eseguita con il plugin MiNa di ImageJ. I fibroblasti mutanti hanno mostrato una distribuzione perinucleare dei mitocondri con una estensione del network significativamente più corta rispetto ai controlli. Sono stati condotti almeno tre esperimenti indipendenti. Test t non appaiato con correzione di Welch, *p = 0,0138 (media ± s.e.m.).

3. Segnalazione redox e omeostasi cellulare: NAD(P)H ossidasi di membrana (NOXs), Acquaporine (AQP), trasporto di glucosio e loro implicazione nei processi di trasduzione del segnale

 Le specie reattive non sono solo sottoprodotti dannosi del metabolismo ma possono agire come messaggeri intracellulari in vari processi biologici. La segnalazione redox e l’omeostasi cellulare sono strettamente interconnesse e giocano un ruolo fondamentale nella regolazione del metabolismo, della bioenergetica e della sopravvivenza cellulare. In particolare le nostre ricerche si articolano in:

• Analisi della risposta allo stress ossidativo e studio del ruolo di Nrf2 (Nuclear factor erythroid 2-related factor 2), che stimola la produzione di enzimi antiossidanti.
• Studio del ruolo delle NADPH ossidasi (NOX) in diversi processi chiave quali proliferazione e differenziamento cellulare.

Membri del Laboratorio

Romana Fato, Professoressa Associata

Christian Bergamini, Professore Associato

Cecilia Prata, Professoressa Associata

Nicola Rizzardi, Post Doc

Francesca Valenti, Dottoranda

Luca Pincigher, Dottorando

Chiara Zalambani, Dottoranda

Posizioni disponibili e progetti di internato

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

Linea di ricerca 2: un posto di internato per tesi per anno

Linea di ricerca 3: un posto 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.
• Bergamini C, Leoni I, Rizzardi N, Melli M, Galvani G, Coada CA, Giovannini C, Monti E, Liparulo I, Valenti F, Ferracin M, Ravaioli M, Cescon M, Vasuri F, Piscaglia F, Negrini M, Stefanelli C, Fato R, Gramantieri L, Fornari F. “MiR-494 induces metabolic changes through G6pc targeting and modulates sorafenib response in hepatocellular carcinoma.” J Exp Clin Cancer Res. 2023 Jun 10;42(1):145. doi: 10.1186/s13046-023-02718-w. PMID: 37301960  PMCID: PMC10257313.
• Liparulo I, Bergamini C, Bortolus M, Calonghi N, Gasparre G, Kurelac I, Masin L, Rizzardi N, Rugolo M, Wang W, Aleo SJ, Kiwan A, Torri C, Zanna C, Fato R. Coenzyme Q biosynthesis inhibition induces HIF-1α stabilization and metabolic switch toward glycolysis. FEBS J. 2021 Mar;288(6):1956-1974. doi: 10.1111/febs.15561. Epub 2020 Sep 20. PMID: 32898935.
• 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.