CURRICULUM VITAE ET STUDIORUM DI SALVATORE PASSARELLA
Il Professor Salvatore Passarella è stato assistente ordinario (dal 1974) e professore associato di
Biochimica Cellulare (dal 1980) presso la Facoltà di Scienze dell’Università di Bari. Dal 1990 è
ordinario presso l'Università del Molise, dove è stato Preside della Facoltà di Agraria nel triennio
1993-96 ed è Prorettore Vicario dal 1995 a tutt’oggi.
Ha pubblicato oltre 160 lavori (HI 30 secondo Google Scholar, 24 secondo Scopus), essenzialmente
dedicati allo studio dei mitocondri. E’ compreso nelle classifiche degli studiosi dei mitocondri
(http://www.mitochondrial.net/labs.php) come 181° nel punteggio totale (146° nella classifica dei
ricercatori ancora in attività) e 76° nella classifica per numero di pubblicazioni (56° nella classifica
dei ricercatori ancora in attività).
La maggior parte della produzione scientifica del professor Passarella riguarda i mitocondri.
Mitocondri isolati e accoppiati di ratto (fegato, cuore e ventricolo sinistro, rene, cervello, cellule
granulari cerebellari, muscolo scheletrico, e di cellule tumorali), piante (grano duro, tubero di
patata, topinambur) lievito (Saccharomyces cerevisiae) sono i sistemi biologici di solito utilizzati per
indagare nuovi aspetti del metabolismo mitocondriale e delle proprietà di permeabilità dei
mitocondri. I mitocondri sono stati isolati da fonti sia normali sia in condizioni patologiche.
In generale, sono state sviluppate diverse strategie sperimentali allo scopo di investigare la
bioenergetica mitocondri in condizioni in cui metabolismo mitocondriale può essenzialmente
verificarsi. Tale strategia si avvale essenzialmente di tecniche spettroscopiche (fluorescenza e
fotometria) con cui le reazioni in studio possono essere monitorati sia all'interno dei mitocondri sia
nella fase extramitocondriale. L'uso di specifici sistemi di rivelazione di substrati e l'applicazione del
criterio dell’analisi di flusso con l'uso di inibitori specifici hanno permesso l'identificazione dello
stadio limitante di molteplici processi.
TRASPORTO MITOCONDRIALE E METABOLISMO ENERGETICO
In una serie di lavori originali è stato dimostrato che ossalacetato, fumarato, L-lattato, D-lattato e
fosfoenolpiruvato sono trasportati all'interno dei mitocondri e lì metabolizzati. Nuovi processi di
trasporto / Metabolismo mitocondriale sono stati mostrati per altri substrati, tra cui piruvato,
malato, glutammina, ornitina, prolina, glutammato, ATP. Sono stati individuati nuovi sistemi navetta
che trasportano equivalenti di riduzione dalla fase extramitocondriale all’interno dei mitocondri, tra
cui gli shuttle la L-lattato/piruvato, prolina / glutammato e malato / ossalacetato che, cosa
particolarmente importante, consente l'ossidazione NADH citosolico nelle piante.
In particolare il prof. Passarella chiarito i processi di trasporto mediato da carrier per i substrati
seguenti:
1. L'ossalacetato (OAA) in mitocondri da fegato (RLM), cuore (RHM), rene (RKM) e cervello (RBM) di
ratto e da cellule della prostata. Questi risultati sono stati correlati all’esistenza dello shuttle
malato/ossalacetato, ricostruito nei mitocondri sopra menzionati, in mitocondri del ventricolo
sinistro di ratti ipertesi, di granuli di cervelletto di ratto e di cellule di prostata.
2. Fumarato in RHM, RLM, RKM; la permeabilità fumarato si integra con il ciclo dell'urea e del ciclo
dei nucleotidi purinici. E’ stata dimostrata la presenza in mitocondri di rene di ratto di due distinti
traslocatori, fumarato/malato e fumarato/aspartato. Gli antiporter fumarato/aspartato trovati in
mitocondri da ratti normali o in acidosi differiscono l'uno dall'altro.
3. Glutammina: il trasporto di glutammina in mitocondri di rene di ratto normale e in acidosi è stato
studiato utilizzando sia tecniche isotopiche che misure spettroscopiche in cui è stato permesso il
metabolismo della glutammina. Tre meccanismi di trasporto sono stati trovati: l'uniport della
glutammina, attivo solo durante l'acidosi e gli antiport glutammina / glutammato e glutammina /
malato, attivi sia in mitocondri normali che in quelli da ratti in acidosi. E’ stata dimostrata l'esistenza
di cinque diversi traslocatori le cui attività si adattano alle esigenze fisiologiche dell’ammoniogenesi
renale.
4. Ioni potassio: è stata dimostrata l'esistenza del canale del potassio in mitocondri vegetali,
probabilmente coinvolto nel meccanismo di difesa delle piante contro lo stress ossidativo dovuto a
generazione di specie reattive dell’ossigeno.
5. D-lattato: il destino di D-lattato, il prodotto finale della via del metilgliossale, è stato scoperto in
mitocondri da mammiferi, lieviti e piante. i. In mitocondri di fegato di ratto sono stati scoperti tre
traslocatori nuovi il symporter D-lattato/H +, l’antiporter D-lattato/chetoacidi (che media gli scambi
il D-lattato/piruvato e D-lattato/ossalacetato) e l’antiporter D-lattato/malato; questi insieme alla Dlattato deidrogenasi potrebbero dar conto della rimozione del metilgliossale tossico dal citosol, così
come della gluconeogenesi da D-lattato. È stato dimostrato che esite un metabolismo del D-lattato
in topinambur in virtù della presenza di gliossalasi II (presente sia nel citosol che nei mitocondri), e
del D-lattato deidrogenasi mitocondriale e del symporter D-lattato/H+, E’ stato trovato che in
seguito al trasporto di D-lattato nei mitocondri, sono esportati equivalenti di riduzione dalla matrice
mitocondriale verso l'esterno sotto forma di malato mediante l’antiporter D-lattato/malato.
In mitocondri isolati da Saccharomyces cerevisiae (SCM), si è accertato che l'ossidazione del Dlattato avviene in due modi differenti: (i) attraverso una D-lattato deidrogenasi di membrana
interna che porta ad ossidazione senza generazione di potenziale di membrana e sintesi di ATP e
(ii). tramite la D-lattato deidrogenasi di matrice, che causa generazione di potenziale e sintesi di
ATP. Il piruvato di nuova sintesi nella matrice mitocondriale è esportato tramite l’antiporter Dlattato/piruvato. E’ stata dimostrato il metabolismo del D-lattato in mitocondri di cellule tumorali nei
quali è localizzata la flavoproteina D-lattato deidrogenasi.
6. L-lattato: è stata scoperta l'esistenza di una L-lattato deidrogenasi in mitocondri vegetali che
consente lo shuttle L-lattato/piruvato con un ruolo nella risposta della patata allo stress ipossico. E’
stata dimostrata la presenza di L-lattato deidrogenasi all'interno della matrice mitocondriale di
fegato di ratto, ed è stato scoperto che esistono tre nuovi traslocatori per mediare il traffico di Llattato attraverso la membrana mitocondriale interna: un symporter L-lattato / H + e antiporter Llattato/ossalacetato e L-lattato/piruvato. Questi traslocatori per L-lattato, distinti dal carrier dei
monocarbossilati, differiscono tra loro e regolano il metabolismo di L-lattato in vitro. In particolare,
è stata parzialmente ricostruita in vitro la gluconeogenesi da L-lattato. Si è scoperta l'esistenza della
putativa L-lattato ossidasi, localizzata nello spazio intermembrana che produce perossido di
idrogeno ed è inibita in modo competitivo da NAD+. L-lattato può entrare in granuli di cervelletto di
ratto ed essere metabolizzato all'interno dei mitocondri. Nell’apoptosi il trasporto di L-lattato
cambia. L’uptake via symport è stimolato nella fase iniziale di apoptosi, ma poi diminuisce nel
tempo con caratteristiche simili ad inibizione noncompetitiva, mentre l’antiport L-lattato/piruvato
diminuisce con caratteristiche simili a quelle di una inibizione competitiva all’inizio dell’apoptosi,
mentre al termine la riduzione del trasporto avviene con caratteristiche simili a inibizione mista/non
competitiva. L’esistenza della L-lattato deidrogenasi è stata dimostrata anche in cellule tumorali.
7. Fosfoenolpiruvato (PEP): E’ stata dimostrata l'esistenza della piruvato chinasi (PK) in mitocondri
di mammifero e di pianta. In mitocondri di topinambur sono stati determinati gli antiport
PEP/piruvato e PEP/ATP, mediati da carrier sicuramente distinti da quelli del piruvato e degli adenin
nucleotidi. Dato che, come risultato del metabolismo mitocondriale del PEP si trovano nella fase
extramitocondriale sia citrato che ossalacetato è evidente che il metabolismo mitocondriale del PEP
è implicato nella sintesi degli acidi grassi.
8. Prolina: stress abiotici, come l’elevata salinità o siccità, possono causare accumulo di prolina nelle
piante. Tale accumulo si accompagna a trasporto di prolina in mitocondri dove avviene il
metabolismo della stessa. Il trasporto è mediato da due traslocatori, un uniport per prolina e un
antiporter prolina / glutammato, come mostrato in uno studio funzionale, in cui sono stati utilizzati
mitocondri isolati da piante di frumento duro.
9. È stata dimostrata l'esistenza degli antiporter piruvato\ossalacetato e piruvato\malato, coinvolti
rispettivamente nella gluconeogenesi e nella sintesi degli acidi grassi, dell’antiporter
ornitina\fosfato, essenziale nel metabolismo renale di questo aminoacido, di carrier per prolina in
RKM (uniporter e antiporter glutammato/prolina). Inoltre, è stato dimostrato che in RKM esiste un
carrier per idrossiprolina diverso da quelli della prolina. Lo stesso carrier esiste in mitocondri di
ventricolo sinistro di cuore di ratto, con l'attività aumentata nell’ipertensione. E' stato determinato il
trasporto mediato da carrier anche per tiamina pirofosfato e FMN in mitocondri di fegato di ratto.
EFFETTO DI ALCUNI FARMACI SULLA BIOENERGETICA MITOCONDRIALE
Il professor Passarella ha studiato gli effetti sui mitocondri e su vie metaboliche collegate ai
mitocondri di molteplici composti tra cui amytal, l'inibitore della catena respiratoria, il diuretico
acido etacrinico, e più recentemente 3'-azido-3'-deossitimidina (AZT) farmaco anti AIDS, di alcuni
flavonoidi (tra cui genisteina e dadzeina, noti per avere effetti benefici sul sistema nervoso centrale)
e peptidi della proteina tau che presentano un potente effetto neurotossico. Tra l'altro si è
constatato che:
1. AZT danneggia i mitocondri senza disaccoppiamento; AZT può entrare nei mitocondri e
danneggiare sia il traslocatore degli adeninnucleotidi sia l'adenilato chinasi, probabilmente causando
come effetto collaterale la sindrome di deficienza di ATP, verosimilmente responsabile della miopatia
mitocondriale associata alla terapia a lungo termine con AZT, che limita l'efficacia clinica di questo
farmaco nella terapia dell'AIDS.
2. genisteina e dadzeina, ma non catechina ed epicatechina, prevengono l'apoptosi in cellule
granulari cerebellari. Un'analisi dettagliata degli effetti di questi composti su certi eventi
mitocondriali che si verificano nelle cellule in apoptosi ha dimostrato che la genisteina e dadzeina
prevengono: la diminuzione dell'ossidazione del glucosio e dell'accoppiamento mitocondriale, il
rilascio del citocromo c, il danneggiamento del traslocatore degli adenin nucleotidi e l'apertura del
poro di transizione di permeabilità mitocondriale. È interessante notare, che genisteina e dadzeina
riducono i livelli delle specie reattive dell'ossigeno, che sono elevati nell'apoptosi delle cellule dei
granuli del cervelletto. Questi risultati suggeriscono fortemente che la prevenzione della apoptosi
dipende principalmente dalle proprietà antiossidanti di genisteina e dadzeina. Ciò potrebbe portare
allo sviluppo di una terapia a base di flavonoide per alcune neuropatie.
3. La fosforilazione ossidativa non è influenzata dal frammento NH (2) -1-25 della proteina tau, ma
drammaticamente compromessa dal frammento NH (2) -26-44. La citocromo c ossidasi ed il
traslocatore degli adenin nucleotidi (ANT) sono entrambi bersagli di NH (2) -26-44 frammento di
tau, ma ANT è l'unico componente mitocondriale responsabile per compromissione della
fosforilazione ossidativa da parte del frammento parte 26-44 di tau. Questo riduce la disponibilità
cellulare dell’ATP sintetizzato nei mitocondri
MITOCONDRI NELLA MORTE CELLULARE E IN PATOLOGIA
Alla luce del ruolo importante svolto dai mitocondri in apoptosi e nel cancro e considerato che
permangono molti misteri del normale metabolismo umano rimangono, e maggiormente in
condizioni patologiche e nel cancro, il professor Passarella ha studiato se e come i mitocondri
svolgono un ruolo nei processi non legati alla loro funzione di centrale energetica della cellula.
Alcuni aspetti della funzione mitocondriale sono stati studiati in granuli di cervelletto di ratto in
apoptosi e necrosi, in cellule di tabacco in corso di morte programmata innescata da di shock
termico (HS-PCD) e in lievito in cui la morte cellulare programmata è indotta da trattamento con
acido acetico, e più recentemente nell’invecchiamento e in cellule tumorali.
In tutti gli studi riguardanti la morte cellulare programmata sono stati studiati nelle cellule in corso
di apoptosi la produzione di ROS, la caspasi, il citocromo c, il proteasoma, il carrier ADP / ATP, il
poro di transizione di permeabilità mitocondriale, ecc.
In particolare è stato dimostrato che il del citocromo c rilasciato ha azione di scavenger di ROS e
donatore di equivalenti di riduzione alla catena respiratoria e che durante l'apoptosi si ha la
metamorfosi del carrier degli adenin nucleotidi a componente del poro di transizione delle
permeabilità mitocondriale che di per sé non è richiesto perché si abbia l'apoptosi.
MITOCONDRI E FOTOBIOLOGIA
Lavori pionieristici hanno dimostrato che sia i mitocondri dei mammiferi che quelli vegetali sono
sensibili alla luce rossa a bassa potenza, con aumento generale nel loro stato energetico. È stato
anche dimostrato che irradiazione di enzimi e substrati altera le loro proprietà biochimiche. In
particolare si è trovato che l'irradiazione di mitocondri di fegato di ratto isolati con He-Ne determina
la comparsa di nuovi mitocondri e che la citocromo ossidasi è il bersaglio principale di luce laser. In
accordo con una stimolazione generale, l'irradiazione di spermatozoi di coniglio migliora la loro
qualità nella riproduzione così come l'irradiazione di sementi determini un aumento dello sviluppo
delle piante.
TRASPORTO DI PROTEINE, VITAMINE E DERIVATI DA VITAMINE IN MITOCONDRI ISOLATI
È stato dimostrato per la prima volta che proteine mature purificate possono entrare nei mitocondri.
E' stato dimostrato che i mitocondri possono incorporare e metabolizzare tiamina, riboflavina e
derivati aggiunti alla sospensione mitocondriale. Si è anche visto che mitocondri isolati da
Saccharomyces cerevisiae possono sintetizzare FMN e FAD da riboflavina aggiunta all’esterno,
probabilmente a causa dell'esistenza della riboflavina chinasi mitocondriale già nota e della FAD
sintetasi scoperta nei mitocondri. Inoltre i mitocondri da Saccharomyces cerevisiae possono
esportare i derivati flavinici di nuova sintesi nella fase extramitocondriale. Enzimi di sintesi e di
degradazione di cofattori di deidrogenasi piridiniche e flaviniche sono stati trovati nei mitocondri:
essi sono la NMN adeniltransferasi, la FMN fosfoidrolasi e la FAD pirofosfatasi.
