Il riccio di mare: ricerca di base e possibili applicazioni in campo biomedico.

Il riccio di mare: ricerca di base e possibili applicazioni in campo biomedico R. Bonaventura, C. Costa, K. Karakostis, A. Pinsino, R. Russo, F. Zito and V. Matranga. Istituto di Biomedicina e Immunologia Molecolare, "Alberto Monroy" CNR, Palermo, Italy Il riccio di mare della specie mediterranea Paracentrotus lividus è uno tra i più noti sistemi modello utilizzato per studiare i meccanismi molecolari implicati nello sviluppo embrionale. Nel nostro laboratorio seguiamo da anni diverse linee di ricerca di base con promettenti applicazioni in campo biomedico ed industriale. Il nostro originario interesse per le molecole di adesione cellulare embrionali, ci ha portato a caratterizzare alcune molecole, tra cui una proteina della matrice extracellulare chiamata Pl-nectin (1), e ad identificare uno dei suoi recettori cellulari (2). Gli studi su queste molecole d'adesione, così come su altre purificate e caratterizzate in passato (toposome) e di recente (galectin), sono di notevole interesse per lo sviluppo di nuovi materiali adesivi che agiscono in ambiente acquoso, con potenziali applicazioni odontoiatriche (adesivi smalto dentinali). Siamo anche interessati allo studio dei meccanismi di base coinvolti nei processi di biomineralizzazione di embrioni ed adulti di riccio di mare. La biomineralizzazione, cioè la formazione di minerali bio-nano-strutturati da parte di cellule viventi, è una tematica di grande interesse che potrebbe avere applicazioni biomediche in odontoiatria, ortopedia, medicina rigenerativa, etc. In particolare abbiamo identificato un gruppo di geni coinvolti nella formazione dello scheletro calcareo degli embrioni e monitorato la loro espressione durante lo sviluppo fisiologico o in condizioni patologiche, cioè in embrioni con malformazioni scheletriche (3). L'embrione di riccio di mare è anche un modello adatto per l'analisi di risposte cellulari e molecolari, sia a livello genomico che proteomico, in risposta a vari tipi di stress ambientali, grazie alla complessa rete di geni coinvolti nei meccanismi di protezione e riparo del danno cellulare. In particolare, abbiamo studiato la risposta a radiazioni ionizzanti (4, 5) o ioni metallici (6, 7). In sintesi, il riccio di mare è quindi un valido organismo modello alternativo utile a valutare gli effetti tossici di inquinanti, inclusi quelli emergenti quali le nanoparticelle, così come abbiamo dimostrato recentemente utilizzando le cellule immuni di organismi adulti (8). I risultati di queste ricerche sono interessanti anche dal punto di vista ecotossicologico, utili in termini di monitoraggio e protezione dell'ecosistema marino. References 1. Costa C, Cavalcante C, Zito F, Yokota Y, Matranga V (2010). Phylogenetic analysis and homology modelling of Paracentrotus lividus nectin. Mol Divers 14: 653-65. 2. Zito F, Burke RD, Matranga V (2010) Pl-nectin, a discoidin family member, is a ligand for ?C integrins in the sea urchin embryo. Matrix Biology. 29: 341-5. 3. Matranga V, Bonaventura R, Costa C, Karakostis K, Pinsino A, Russo R, Zito F (2011). Echinoderms as blueprints for biocalcification: regulation of skeletogenic genes and matrices. Prog Mol Subcell Biol 52:225-48. 4. Bonaventura R, Zito F, Costa C, Giarrusso S, Celi F, Matranga V (2011) Stress response gene activation protects sea urchin embryos exposed to X-rays. Cell Stress Chaperones 16: 681-7. 5. Russo R, Zito F, Costa C, Bonaventura R, Matranga V (2010) Transcriptional increase and misexpression of 14- 3-3 epsilon in sea urchin embryos exposed to UV-B. Cell Stress Chaperones. 15: 993-1001. 6. Russo R, Bonaventura R, Zito F, Schröder HC, Müller I, Müller WE, Matranga V (2003) Stress to cadmium monitored by metallothionein gene induction in Paracentrotus lividus embryos. Cell Stress Chaperones 8: 232-241 7. Pinsino A, Roccheri MC, Costa C, Matranga V (2011) Manganese interferes with calcium, perturbs ERK signaling, and produces embryos with no skeleton. Toxicol Sci. 123:217-30. 8. Falugi C, Aluigi MG, Chiantore MC, Privitera D, Ramoino P, Gatti MA, Fabrizi A, Pinsino A, Matranga V (2012) Toxicity of metal oxide nanoparticles in immune cells of the sea urchin. Mar Environ Res 76:114-21