Proteine da Shock Termico (HSP)

Le HSP sono una sottoclasse di proteine altamente conservate in tutti gli organismi viventi. Esse sono coinvolte nei meccanismi cellulari di base come la omeostasi cellulare, folding delle proteine nascenti e corretto ripiegamento delle proteine denaturate. Nelle piante la sintesi delle HSP viene attivata rapidamente da diversi stimoli abiotici come calore, siccità, freddo, prodotti chimici e stress ossidativo nonché in risposta ad un attacco patogeno (virus, batteri). Le HSP sono transitoriamente attivate dopo shock termico e il loro livello di espressione rimane alto fino a poche ore dopo l'induzione. La risposta dipende dal genotipo e delle condizioni ambientali. Vi è una forte correlazione tra i livelli intracellulari di HSP e risposta allo stress abiotico nelle piante. L’accumulo HSP70 dopo shock termico può essere utilizzato come marcatore molecolare per la selezione di cultivar vegetali per la coltivazione in ambienti in cui le temperature elevate e deficit idrico si verificano frequentemente (Ferradini, Iannacone et al. 2015).

Le Heat shock proteins sono state negli ultimi due decenni oggetto di numerosi studi per verificare il loro ruolo nei meccanismi di immunità innata e acquisita.

Sono oramai decine le pubblicazioni che dimostrano come le HSP di derivazione umana siano in grado di stimolare la risposta immunitaria nei mammiferi e abbiano un ruolo importantissimo nel riconoscimento da parte del sistema immunitario delle cellule cancerose e di numerosi patogeni. Questo processo scatena quindi la risposta immunitaria dell’organismo arrivando alla distruzione delle cellule malate. Inoltre la somministrazione di HSP permette di rinforzare la risposta immunitaria dell’organismi permettendogli di affrontare gli agenti patogeni che vengono a contatto con l’organismo in tempi successivi in maniera più efficace.

Recentemente è stata dimostrata, in prove effettuate su animali da laboratorio, l’attività immunostimolante di HSP eterologhe; ciò probabilmente è dovuto all’alto grado di conservazione sia strutturale che funzionale di queste proteine. Infatti sono stati riscontrati numerosi parallelismi tra i meccanismi di resistenza a patogeni presenti nelle piante ed i sistemi di immunità innata degli animali svelando la presenza di una regolazione simile nelle piante e negli animali per fronteggiare l’invasione di patogeni. Inoltre è stato dimostrato che proteine HSP isolate da piante interagiscono con il complesso delle chaperonine umane e che proteine umane purificate interagiscono con sistema delle chaperonine vegetali, con una completa intercambiabilità, suggerendo che esiste una elevata conservazione della interazione proteina-proteina e del sistema chaperon tra il regno animale e vegetale.

Uno studio recente ha dimostrato che HSP70 di diversa origine (batterica, vegetale e umana) sono tutte in grado di indurre la maturazione delle Cellule Dendritiche e di avere un forte effetto adiuvante

Le attività di ricerca in questo settore si concentrano sulla valutazione della crescita cinetica di HSP70 in erba medica (Medicago sativa) dopo il trattamento shock termico e verificare la sua dipendenza rispetto al background genetico, con due obiettivi principali:

1) per correlare il livello della proteina con tolleranza al calore di genotipi resistenti;

2) per trovare, in campo aperto, le condizioni ottimali in termini di tempo e di temperatura che consentono l'accumulo di HSP70 ad alti livelli utili per la purificazione di HSP70 dalla massa verde.

Inoltre diverse varianti geniche dell’HSP70 sono state isolate da piante e d espresse in organismi ricombinanti (Batteri, Lieviti) ed in Piante di erba medica, tabacco, Nicotiana benthamiana, sotto il controllo trascrizionale di diversi promotori (costitutivi, inducibili, organo specifici) al fine di studiare il comportamento delle piante transgeniche in condizioni di stress e di aumentare la contenuti HSP70 per scopi di estrazione e purificazione.

Recentemente il nostro gruppo di ricerca, in collaborazione con l’Unical, ha dimostrato che proteine HSP70 di origine vegetale espresse in E.coli, esplicano un’azione protettiva durante processi infiammatori a livello cardiaco ed epatico e agiscono come agenti cardioprotettivi durante il recupero successivo ad infarto in animali da laboratorio (Pasqua, Filice et al. 2015).