L analisi lipidomica CARLA FERRERI - Primo Ricercatore CNR, Bologna

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1 L analisi lipidomica La lettura della membrana cellulare come strumento di medicina molecolare per la prevenzione e strategia di intervento personalizzato CARLA FERRERI - Primo Ricercatore CNR, Bologna

2 La salute dalla medicina molecolare ISOF, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Bologna RICERCA Lipinutragen srl Spin-off del CNR INNOVAZIONE

3 SOMMARIO Membrana cellulare e medicina molecolare (la rivoluzione delle - omiche ) Lipidomica ed infiammazione Nutrilipidomica: la strategia nutraceutica e nutrizionale personalizzata

4 LE PAROLE CHIAVE GRASSI o LIPIDI: Termine che evoca una tipologia di alimento da EVITARE ma invece si connette alla VITA della CELLULA WELLNESS: Aumento della sensibilità verso il mantenersi in forma ma tendenza al fai-da-te (INTEGRATORI-DIETE) NUTRIZIONE: fondamentale per la salute e per aiutare le condizioni del soggetto, anche nel caso di infiammazione RICERCA : messa a punto di un indicatore comprensivo del funzionamento di metabolismo e dieta, ovvero la valutazione molecolare dei grassi della MEMBRANA CELLULARE, denominata LIPIDOMICA INNOVAZIONE: introdurre la LIPIDOMICA della MEMBRANA CELLULARE come strumento per la MEDICINA MOLECOLARE

5 I grassi nell organismo Lipidi circolanti (trigliceridi, lipoproteine, etc) Lipidi di deposito (tessuto adiposo) Lipidi strutturali (membrana cellulare) GRASSI

6 Lipidi strutturali I lipidi formano una struttura altamente organizzata: la MEMBRANA CELLULARE senza la membrana, la cellula non può esistere

7 REGOLAZIONE FLUIDITA FUNZIONAMENTO RECETTORI Colesterolo ATTIVITA PROTEINE Recettori FOSFOLIPIDE DOPPIO STRATO LIPIDICO Canale proteico Proteina segnalatrice Enzima REGOLAZIONE CANALE PERMEABILITA SEGNALAZIONE IN-OUT

8 MEMBRANA E ORGANIZZAZIONE Fosfolipide Sono l unitl unità organizzativa del doppio strato della membrana Organizzazione spontanea Spessore (nm) Proprietà Funzionamento = Testa polare Coda Idrofobica ACIDI GRASSI

9 Strutture degli acidi grassi SATURI Acido palmitico 16:0 Lunghezza della catena Numero di doppi legami Acido oleico 18:1 INSATURI CIS

10 SATURI P S Palmitico 16:0 Stearico 18:0 MONOINSATURI Po O V Palmitoleico 16:1 Oleico delta9 18:1 Vaccenico delta11 18:1 OMEGA-6 LA DGLA AA Linoleico 18:2 Diomogammalinolenico 20:3 Arachidonico 20:4 OMEGA-3 ALA EPA DHA Alfa Linolenico 18:3 Eicosapentaenoico 20:5 Docosaesaenoico 22:6

11 Geometria molecolare Acido grasso saturo lineare DESATURASI + OLI NATURALI Acido grasso insaturo ripiegato Doppi legami CIS STRESS e DIETA R R R ISOMERO TRANS ENZIMA cis ACIDO GRASSO TRANS I sostituenti sono da parti opposte R I sostituenti sono dalla stessa parte

12 Acidi grassi regolatori Sostanze lipidiche (steroidi) Nella membrana sono presenti proteine (recettori, complessi) e canali (Ca, Na, K, ) Composizione opportuna degli acidi grassi di membrana per la regolazione Acidi grassi SATURI INSATURI

13 COMPOSIZIONE DI ACIDI GRASSI SPECIFICA PER IL TIPO DI TESSUTO Acido arachidonico EPA DHA Lauritzen, Progress Lipid Research

14 SATURI MONOINSATURI P S Esame a livello molecolare Composizione necessaria per la funzionalita Po O V OMEGA-6 OMEGA-3 LA Dieta DGLA AA Come mantenere l efficienza? ALA EPA DHA Disponibilità degli acidi grassi

15 ACIDI GRASSI ENDOGENI SATURI MONOINSATURI Po P S O V Biosintesi di acidi grassi saturi e monoinsaturi FATTY ACID SYNTHASE (FAS) E DESATURASI OMEGA-6 PUFA - EFA ACIDI GRASSI ESSENZIALI ESOGENI OMEGA-3 LA DGLA AA CONSIDERARE la QUALITA e l OPPORTUNA SCELTA degli OLI da CONSUMARE NELLA DIETA ALA EPA DHA

16 SATURI MONOINSATURI S Perdita di funzionalità locale Perdita di organizzazione ed omeostasi Po V OMEGA-6 OMEGA-3 ALA DGLA AA Biosintesi, dieta ma anche CONSUMO ossidativo (infiammazione, abbassamento difese) DHA P O LA EPA Lo stato silente di squilibrio è alla STRESS base della caduta delle difese cellulari e predispone alla insorgenza di patologie

17 Compartimento significativo metabolismo Quadro completo della distribuzione degli acidi grassi e del bilanciamento della membrana a seguito dei vari fattori in gioco ambiente nutrizione stress ed infiammazione

18 RICAMBIO della membrana Ogni nuova cellula deve formare una nuova membrana tramite l assemblaggio dei fosfolipidi Gli acidi grassi di membrana sono collegati a metabolismo e dieta Acidi grassi selezionati per l ottimale funzionamento di membrana secondo disponibilità BUONA NOTIZIA!! CAPACITA DI RINNOVAMENTO mediante il naturale TURNOVER: gli errori dello sbilanciamento lipidico si correggono!

19 Membrana e gravidanza Accelerata replicazione cellulare Origine di nuovi tessuti e nuove membrane Servono TANTI acidi grassi POTER ATTUARE LA MIGLIORE SCELTA POSSIBILE tramite la DISPONIBILITA di TUTTI i TIPI

20 RESTRIZIONE CALORICA ed ALLUNGAMENTO DELLA VITA Riduzione delle ossidazioni e degradazioni dell organismo (lipidi, proteine e geni) Scelta attenta delle componenti del cibo non escludendo i GRASSI Qualità invece della quantità Anche nelle DIETE

21 Campo Medicina Le interdisciplinare omiche molecolare COMPARTIMENTI CELLULARI Membrana cellulare Citoplasma Nucleo Lipidi Lipidomica Proteine Proteomica Geni Genomica Capire le trasformazioni: Come e quando avvengono

22 SOMMARIO Membrana cellulare e medicina molecolare (- omiche ) Lipidomica ed infiammazione Nutrilipidomica: la strategia nutraceutica e nutrizionale personalizzata

23 Alcune domande Sappiamo che il funzionamento generale del metabolismo cellulare deriva dall assetto ottimale della membrana? Sappiamo se i nostri tessuti hanno la corretta composizione di membrana? Sappiamo come lo stress oppure condizioni metaboliche come l infiammazione hanno trasformato le nostre membrane? Sappiamo come aiutare le cellule ad avere, recuperare, mantenere la migliore performance di membrana?

24 La risposta scientifica LIPIDOMICA Lettura dell assetto di acidi grassi di membrana S - M - P Strumento per il monitoraggio dell omeostasi metabolica e dei fattori nutrizionali

25 Cap. 19 FOSFOLIPIDE Follow-up degli ACIDI GRASSI Cap LIPIDOMICA FERRERI et et al al LIPIDOMICA Lipidomica della membrana cellulare

26 Lipidomica = visione dinamica La lipidomica si interessa dei lipidi esistenti nei sistemi viventi in senso dinamico. Permette di seguire i cambiamenti dei lipidi in situazioni fisiologiche e patologiche (lipidomica funzionale) Fattori estrinseci Nutrizione (apporto di acidi grassi e altri cofattori per la biosintesi) Stile di vita (fumo, alcol, etc ) Condizioni ambientali (inquinamento, radiazioni ed altri tipi di stress) Fattori intrinseci Familiarità Biosintesi (funzionamento di enzimi-fas, sintesi proteica, segnalazione cellulare) Condizione fisiologica o patologica (aumento o diminuzione del metabolismo, stress-infiammazione, funzionamento epatico ed intestinale)

27 CAMBIAMENTI METABOLICI PUFA MUFA SFA Qualità, quantità e bilanciamento delle famiglie SFA MUFA - PUFA

28 Metabolismo SFA e MUFA 16:0 18:0 18:1 ELONGASI DESATURASI delta9 BIOSINTESI Biosintesi di SFA acidi e MUFA grassi

29 ACIDI GRASSI ESSENZIALI Acido oleico ω-9 no uomo ω-6 no uomo ω-3 DIETA Omega-6 ω-6 n-6 ω ω Omega-3 ω-3 n-3 Acido linoleico LA 18:2-9,12 Acido alfa-linolenico α - LNA (18:3-9,12,15)

30 Dieta per PUFA Omega-6 prevalente nella dieta (vegetali, semi etc) Acido linoleico (LA, 18:2-9,12) 6 desaturasi Acido γ-linolenico (18:3-6,9,12) elongasi PISTA INFIAMMATORIA Acido diomo γ-linolenico (20:3-8,11,14) 5 desaturasi Acido arachidonico (AA, 20:4-5,8,11,14) Omega-3 (olio di lino, noci) Acido α-linolenico (18:3-9,12,15) 18:4-6, 6,9,12,15 20:4-8,11,14,17 6 desaturasi elongasi 5 desaturasi EPA (20:5-5,8,11,14,17) elongasi 22:5-7,10,13,16,19 PISTA ANTIINFIAMMATORIA elongasi 24:5-9,12,15,18,21 6 desaturasi 24:6-6, 9,12,15,18,21 degradazione DHA (22:6-4,7,10,13,16,19)

31 SINTESI di PROSTAGLANDINE SBILANCIAMENTO Incremento patologie infiammatorie ed INFIAMMAZIONE SILENTE

32 Apporto lipidico nelle epoche SFA TRANS ω-6 ω-3

33 Omega-6 ed omega-3

34 Sbilanciamento Sbilanciamento omega-6/omega omega 6/omega-3 come causa di atopia ed asma.

35 Supplementazione omega-3

36 Attenzione alle supplementazioni Viene indotta la perossidazione dal consumo eccessivo di PUFA

37 Consumo ossidativo Aumento della degradazione dei PUFA in vivo dovuta a stress radicalico ALTE DOSI senza ANTIOSSIDANTI

38 Interferenze con farmaci Fish oil interaction with warfarin Ann Pharmacother 2004, 38 :50-52

39 Dove e l acido arachidonico Acido linoleico (LA, 18:2-9,12) 6 desaturasi Acido γ-linolenico (18:3-6,9,12) elongasi Acido diomo γ-linolenico (20:3-8,11,14) 5 desaturasi Acido arachidonico (AA, 20:4-5,8,11,14) PISTA OMEGA-6 MEMBRANA del GLOBULO ROSSO: Deposito naturale di acido arachidonico (come fosfolipide; 13-17%)

40 PRIMA SFA MUFA PUFA + SFA MUFA - PUFA Acido arachidonico liberato e formazione di LISOFOSFOLIPIDE 9 12 dello fosfolipasi stimolo infiamm. RIMOZIONE e RICAMBIO Può essere un punto critico per il bilanciamento e funzionalità della membrana 9 12 Turnover e sostituzione con acidi grassi

41 SOMMARIO Membrana cellulare e medicina molecolare (- omiche ) Lipidomica ed infiammazione Nutrilipidomica: la strategia nutraceutica e nutrizionale personalizzata

42 Lipidomica e salute Condizioni fisiologiche DIETETICA E NUTRIZIONE (assunzione di acidi grassi essenziali) INVECCHIAMENTO (Consumo poliinsaturi) ATTIVITA SPORTIVA (Perossidazione lipidica) MONITORAGGIO DELLA GRAVIDANZA E ALLATTAMENTO (consumo di acidi arachidonico e DHA) Condizioni patologiche PATOLOGIE DERMATOLOGICHE,ALLERGIE, ASMA (squilibrio omega-6/omega-3) SISTEMA IMMUNITARIO (omega-3) PATOLOGIA CARDIOVASCOLARE (acidi grassi saturi, omega-3) DISLIPIDEMIE e DISORDINI METABOLICI (acidi grassi saturi) OBESITA (acidi grassi saturi, squilibrio) OCULISTICA (poliinsaturi) PREVENZIONE SPECIALISTICA AUTISMO E DEPRESSIONE, MALATTIE NEURODEGENERATIVE (omega-3 - DHA) FIBROSI CISTICA (omega-6, perossidazione )

43 Lipidomica e membrana eritrocitaria GLOBULO ROSSO Per la sua stretta relazione tra struttura e funzione (scambi di ossigeno e nutrienti) Per la sua diffusione in tutti i distretti dell organismo PUFA MUFA SFA Vita media dell eritrocita:120 giorni

44 N.B.: Protocollo PLASMA Solo informazioni a brevissimo termine PROTOCOLLO per l isolamento della FRAZIONE SIGNIFICATIVA di ERITROCITI (robotica e sviluppo high-throughput) SEPARAZIONE e RICONOSCIMENTO mediante protocollo affidabile e ripetibile Parte corpuscolata SELEZIONATA

45 Membrana Eritrocitaria VALORI OTTIMALI NOTI CONTROLLO Riequilibrio Nutrizione & nutraceutica personalizzata NUTRILIPIDOMICA Sbilanciamento Anamnesi (Familiarita ) Metabolismo Dieta Stress radicalico

46 L oggetto sociale è: Azienda spin-off del CNR Lipinutragen Srl nata nel Dicembre 2005 la lipidomica delle membrane cellulari riferite alle scienze della vita, in particolare medicina, genomica e nutrizione

47 Progetto in nutrilipidomica: strategia nutrizionale/nutraceutica personalizzata

48 Nutrilipidomica PERSONALIZZAZIONE VERIFICA CORSI ECM di formazione

49 Nutrilipidomica Nutraceutica indirizzata al riequilibrio naturale della composizione di membrana Forma farmaceutica per raggiungere il target Cocktail sinergico per la protezione degli acidi grassi e l incremento di biodisponibilità Certificata attività mediante follow-up lipidomico

50 LIPIDOMICA: composizione lipidica ed interpretazione metabolica, individuando lo sbilanciamento NUTRILIPIDOMICA MIRATA E PROTETTIVA PER LA MEMBRANA RIABILITAZIONE DEL FUNZIONAMENTO Che si riflette con il MIGLIORAMENTO delle performance cellulare e DELLA QUALITA DELLA VITA

51 Strategia per nutraceutici mirati - Scienza per ispirare nuovi prodotti: linee di nutraceutici e cibi funzionali che riescano a soddisfare l equilibrio di membrana - Diagnostica molecolare come base per la personalizzazione dell intervento - Certificata azione del trattamento (a livello molecolare)

52 Banca dati lipidomica 1 Profilo personalizzato PUFA SFA MUFA

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54 Sportivo allenato, integrazioni omega-3, dieta bilanciata Da bilanciare con: -antiradicali sinergici (coq10 + ACE) - somministrazione di omega-6 - protezione intestinale - cofattori biosintesi epatica Eccesso DHA Eccesso omega3 rispetto ad omega6 decremento omega-6 (DGLA e ARA) eccesso saturi e moninsaturi

55 F, 29 a, Persistente dermatite PRIMA Deficit DGLA Attivazione pista infiammatoria Deficit omega-3 INDICE di SQUILIBRIO della MEMBRANA Prevalenza pista saturi Prevalenza omega6

56 Suggerimento al medico di tipologia e posologia di nutraceutici suggerita in base all esperienza in nutrilipidomica Schema per 4 mesi - 3 settimane al mese DGLA ALA DHA + EPA

57 ESEMPIO DI SCAFFALE NUTRACEUTICO PERSONALIZZAZIONE Schema per 4 mesi - 3 settimane al mese DGLA ALA DHA + EPA Strategia nutraceutica con target di membrana SENSIBILIZZAZIONE AZIENDE NUTRACEUTICHE

58 Per 4 mesi SUGGERIMENTI DI GRUPPI ALIMENTARI CONSIGLIATI oppure NO con la FREQUENZA SETTIMANALE

59 Risolta pista omega-3 e rapporto omega-6/omega-3 Risolto ARA, infiammazione e acido stearico Resta solo scarso DGLA (delta-6 desaturasi per dermatite atopica ricorrente)

60 Indice MUI nella zona rossa per SFA/MUFA Proseguire altri 4 mesi di ciclo nutraceutico

61 Verifica lipidomica Può monitorare i cambiamenti dovuti all integrazione nutraceutica, quindi ne verifica i risultati Coadiuva il medico nel perfezionamento della strategia di intervento terapeutico e nell intepretazione della risposta clinica Migliora la personalizzazione della terapia e il rapporto con il paziente

62 Banca dati lipidomica 1 Profilo personalizzato PUFA SFA MUFA 2- Data base di pazienti aventi la stessa condizione

63 D DERMATOLOGIA E (dermatite atopica, R psoriasi, M invecchiamento) O Attività sportiva S P O R T

64 Le persone Chryssostomos Chatgilialoglu Dirigente ricerca CNR Presidente Anna Rosaria Maranini Nutraceutica Valentina Sunda Biotecnologo medico Simone Deplano Analisi e robotica

65 DOSAGGIO LIPIDI nel nel XXI plasma secolo! Colesterolo totale Colesterolo HDL Colesterolo LDL Trigliceridi alcuni escono Chilomicroni Betalipoproteine (LDL) a mobilità lenta Alfalipoproteine (HDL) a mobilità rapida Pre-betalipoproteine (VLDL) a mobilità intermedia Apolipoproteine plasmatiche (A, B, E) Giornalista politico

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68 Membrana ed acido arachidonico Acido linoleico (LA, 18:2-9,12) 6 desaturasi Acido γ-linolenico (18:3-6,9,12) elongasi Acido diomo γ-linolenico (20:3-8,11,14) 5 desaturasi Acido arachidonico (AA, 20:4-5,8,11,14) MEMBRANA del GLOBULO ROSSO Deposito naturale di acido arachidonico Studi clinici ed epidemiologici e modelli animali di cancro al colon hanno dimostrato una diminuzione dell incidenza o della progressione in soggetti con assunzione cronica di FANS. Huls G. et al. (2003) Lancet. 362(9379), 230.

69 GRANDE VARIETA di STIMOLI Primo stadio Attivazione PLA2 Mediatore infiammatorio e cascata di trasformazioni Non è tutto infiammatorio PGE 2 è inibitore di citochine pro-infiammatorie, TNFα e IL-1

70 ANTIINFIAMMATORI Inibitori COX, LOX ACCUMULO che dà APOPTOSI

71 PISTA OMEGA 6 Acido linoleico 6 desaturasi Acido γ-linolenico elongasi DGLA inhibition Acido diomo γ-linolenico PGE 1 5 desaturasi Acido arachidonico Attività antiinfiammatoria naturale Maturazione e differ. linfociti Produzione IgE