Aspetti molecolari dell'interazione del citocromo C con nanoparticelle di carbonio idrotermali.

Il citocromo C è una proteina cationica di piccole dimensioni contenente come gruppo prostetico eme e localizzata a livello dei mitocondri. Svolge il ruolo fondamentale di trasferimento elettronico nella catena respiratoria, attività svolta grazie al potenziale di riduzione elevato. Il citocromo C è inoltre implicato nell’inizio del fenomeno dell’apoptosi a seguito del suo rilascio nel citoplasma. Importante ruolo nel contesto dell’apoptosi è quello del legame tra proteina e cardiolipina, la cui interazione promuove un parziale unfolding del citocromo C, a seguito del quale modifica la propria funzione, acquisendo attività perossidasica come conseguenza della diminuzione del potenziale di riduzione. I nanomateriali (NM) trovano molteplici applicazioni in un ampio numero di settori come la medicina, la biologia, la chimica e l’ingegneria. L’aumento esponenziale del numero di NM in commercio ha reso necessario implementare le conoscenze relative alla nanotossicologia, ovvero la disciplina che studia gli effetti avversi indotti dai NM. Grazie alle loro dimensioni ridotte sono in grado di entrare all’interno delle cellule, interagire con le macromolecole e conseguentemente danneggiare gli organelli interni. Il meccanismo di tossicità dei NM più studiato è l’induzione dello stress ossidativo, dovuto alla capacità di alcuni NM di interferire con l’omeostasi redox cellulare. Meno studiata è la tossicità mitocondriale. Essa può essere conseguente allo stress ossidativo. Tuttavia, negli ultimi anni sono stati ipotizzati altri eventi chiave, come la capacità di alcuni NM di carbonio di interferire con la catena respiratoria, ed in particolare con il citocromo C. Il meccanismo a livello molecolare è tuttavia ancora in discussione. Nel presente lavoro di tesi è stata studiata l’interazione tra citocromo C e nanoparticelle di carbonio (CNP), sintetizzate mediante carbonizzazione idrotermale (HTC) a partire da glucosio. Tali CNP risultano essere promettenti nell’ambito della nanomedicina grazie a proprietà fototermiche e fotodinamiche. Hanno inoltre, mostrato sia proprietà antiossidanti, agendo come scavenger nei confronti dei radicali ossidrile, sia proprietà pro-ossidanti favorendo la riduzione di ioni rame e ferro e l’ossidazione dei tioli. In questo studio sono stati utilizzati differenti metodi spettroscopici, quali spettrometria UV/vis, dicroismo circolare, spettrometria a fluorescenza e spettrometria EPR. I dati evidenziano come le CNP siano in grado di ridurre il ferro dell’eme del citocromo C, una reazione non osservata su altri NM di carbonio. Tale riduzione appare reversibile, ed avviene in assenza di adsorbimento del citocromo C alla superficie. Il meccanismo di riduzione del citocromo C appare mediato da radicali superossido probabilmente adsorbiti alla superficie. Parallelamente, si osserva una modificazione irreversibile della struttura secondaria e terziaria della proteina, che però non appare direttamente collegata alla riduzione. In ultimo le CNP inducono la soppressione dell’attività perossidasica del citocromo, azione che potrebbe contribuire a spiegare la loro capacità di interferire con l’omeostasi redox cellulare. I risultati ottenuti nel presente lavoro contribuiscono ad aumentare le conoscenze relative ai meccanismi di interazione tra questa nuova classe emergente di NM a base di carbonio e gli organismi viventi. Tali approfondimenti permettono lo sviluppo di nanomateriali più sicuri per la salute umana e l’ambiente.