Department of Health Sciences and Human Movement
RECTOR: FABIO PIGOZZI
DOCTORAL PROGRAM IN:
“Health and Physical Activity: Biomedical and Methodological
Aspects”
Integrative Biology Approach- European Curriculum
Physical activity and prevention of multifactorial diseases: identification and validation of new
molecular probes related to changes in redox homeostasis
XXVI Ciclo - Anno 2011-2014
IL SISTEMA ENDOCANNABINOIDE
NELL’ATTIVITÁ FISICA E IN
CODIZIONI PATOLOGICHE
Area scientifica: BIO/10
TUTORE:
CO-TUTORE:
Prof. STEFANIA SABATINI
Prof. MAURO MACCARRONE
CANDIDATO:
MIRKO TANTIMONACO
ABSTRACT
L’attività fisica regolare è sempre più considerata come uno strumento terapeutico
capace di ridurre il rischio di molte condizioni patologiche e di indurre risposte
adattative che migliorano le capacità cognitive, l’omeostasi redox e lo stato
infiammatorio. Nella prima parte del mio studio, mi sono occupato di approfondire le
conoscenze su queste risposte adattative indotte dall’attività fisica. In seguito al ruolo
emergente (sebbene ancora poco caratterizzato) del sistema endocannabinoide (eCB)
nell’attività fisica e i suoi noti efetti sull’apprendimento, il dolore, il metabolismo, il
sistema immunitario e lo stress ossidativo, si è scelto di investigare questo sistema di
segnalazione.
Per questo scopo si sono arruolati due differenti gruppi di soggetti in base alla
loro attività fisica settimanale: sedentari e fisicamente attivi. Si è analizzato uno dei
maggiori enzimi di degradazione degli endocannabinoidi (la idrolasi degli acidi grassi
amidi o FAAH), sia nei linfociti che nel sangue in toto. Si sono anche quantificati I
livelli plasmatici dei maggiori eCBs (anandamide, 2-arachidonoilglicerolo, Npalmitoiletanolammina), e di interleuchina 6 (IL-6), una miochina nota per la sua
responsività all’esercizio fisico. Il gruppo di individui fisicamente attivi mostrava un
alta attività della FAAH linfocitaria e del contenuto plasmatico di IL-6, quindi si è
focalizzato lo studio sulla possibile connessione tra questi due elementi regolati dalla
attività fisica regolare. A questo scopo, si è analizzato gli effetti in vitro dell’IL-6 sulla
espressione e attività della FAAH, in linfociti isolati dagli individui sedentari. Abbiamo
trovato che l’IL-6 incrementava l’attività e l’espressione della FAAH con un profilo
dipendente sia dal tempo di esposizione alla miochina che della sua concentrazione,
tramite la regolazione di un sito CRE-like localizzato nella regione promoter del gene
FAAH.
Collettivamente, questi dati dimostrano che modulando l’attività della FAAH,
l’IL-6 controlla il tono eCB nelle persone che praticano attività fisica regolare, con
implicazioni per l’omeostasi redox, il sistema immunitario ed il metabolismo.
Parimenti, uno stile di vita sedentario, disregolando il tono endocannabinoide, può
influenzare diverese malattie che risultano anche dall’aumento della longevità tipico
della nostra società moderna. Numerosi studi epidemiologici mostrano che una
maggiore attività fisica riduce i rischi di malattie neurodegenerative, come la malattia di
Alzheimer (AD); in fatti, la modulazione del tono eCB appare essere un promettenete
mezzo terapeutico nel trattamento dell’AD, sebbene i meccanismi rimangono ancora
poco chiari. Questi due aspetti potrebbero essere correlati, poichè sia l’attività fisica che
il sistema eCB sono capaci di modulare lo stato redox e migliorare l’apprendimento; la
prima essendo un meccanismo patogenico e la seconda una funzione affetta nell’AD.
Invero, una delle maggiori caratteristiche dell’AD, il frammento amiloide (Aβ), è
noto per aumentare lo stress ossidativo. Il Aβ è anche capace di interagire con I lipid
rafts (micro domini di membrana arricchiti in colesterolo che regolano il traffico
cellulare e le molecole di segnalazione), influenzando la fluidità di membrana, i
meccanismi di trasduzione del segnale e la vitalità cellulare.
É interessante notare come la funzionalità del recettore cannabico di tipo-1 (CB1),
implicato in diversi aspetti dell’AD (dallo stress ossidativo alla apoptosi delle cellule
neuronali), sia strettamente dipendente dalla sua localizzazione nei lipid rafts.
Basandoci su questo sfondo, nella seconda parte dello studio, si è investigato le
preprietà diffusive di membrana del CB1 in cellule trattate con Aβ e perossido di
idrogeno. Il primo essendo un modello di AD e il secondo un ulteriore meccanismo che
potrebbe ulteriormente influenzare le dinamiche di membrana del CB1 durante l’AD.
In una linea cellulare di precursori neuronali, i trattamenti con Aβ danneggiano il
metabolismo cellulare, aumentano lo stress ossidativo e riducono la vitalità delle
cellule. Effetti simili sono presenti anche nella stessa linea cellulare sovraesprimente il
CB1 marcato con la proteina fluorescente verde (GFP), quando trattate con Aβ e
perossido di idrogeno. É importante notare che l’antagonista/agonista inverso AM281
del CB1 era capace di preveneire gli effetti deleteri sul metabolismo di entrambi i
composti, sia nelle cellule wild type che in quelle trasfettate con il CB1.
Quindi, abbiamo approfondito la nostra ricerca tramite l’uso della spettroscopia a
(cross) correlazione di fluorescenza (FCS/FCCS), investigando gli effetti dell’ Aβ sulle
proprietà diffusive del CB1 in rapporto alla mobilità del GM1 (un ganglioside
localizzato nei lipid rafts e risaputo interagire con l’Aβ). Il CB1 maracato
fluorescentemente con la GFP è apparso essere molto più sensibile ai trattamenti con l’
Aβ del GM1 con uno spostamento verso tempi di diffusione più veloci che sostengono
una rilocalizzazione al di fuori dei lipid rafts. Simili e più pronuciati risultati sono stati
visti tramite l’uso del perossido di idrogeno, suggerendo che l’Aβ potrebbe iniziare un
ciclo vizioso. A questo riguardo, è importante notare che i cambiamenti delle dinamiche
del recettore cannabico dovuti all’Aβ iniziano a concentrazioni che incrementano lo
stress ossidativo.
Il presente studio, suggerisce che le proprietà diffusive del CB1 potrebbero
rappresentare un marcatore della tossicità dell’Aβ e dello stress ossidativo, migliori
anche del ganglioside GM1.
