La via di trasduzione di Hedgehog (Hh) è fondamentale nella differenziazione cellulare e nella regolazione dell¿organogenesi nei vertebrati. Recentemente è stata dimostrata che un¿attivazione incontrollata della via di trasduzione di Hh induca l¿insorgenza di alcuni tipi di tumori, come il carcinoma basocellulare (BCC), medulloblastoma (MB) e il glioblastoma (GBM). Sebbene ancora non ci siano evidenze del ruolo della via di Hh nella crescita infiltrativa del glioma, numerosi studi confermano un suo coinvolgimento nei meccanismi di autorigenerazione delle cellule cancerose staminali, di proliferazione cellulare e di progressione tumorale. L¿attuale trattamento di queste aggressive neoplasie prevede asportazione chirurgica seguita da radio- e chemioterapia; nonostante questi trattamenti, l¿aspettativa di sopravvivenza non supera i 15 mesi, risultando necessario lo sviluppo di nuove terapie mirate. Il target terapeutico più promettente nell¿inibizione della via di Hh è la proteina effettrice finale Gli1, promotrice della trascrizione dei geni target. Al fine di individuare potenziali inibitori di Gli1, è stato effettuato uno screening computazionale (docking) di una libreria in house, il quale ha permesso di individuare l¿isoflavone, Glabrescione B (GlaB), come potenziale inibitore selettivo della proteina Gli1. Il GlaB, la cui struttura e sintesi sono attualmente coperte da brevetto, è risultato efficace sia in vitro che in vivo per il trattamento del MB. Studi recenti hanno evidenziato il ruolo di Gli1 nel direzionare il metabolismo di tumori come MB e BCC e che il GlaB risulta essere in grado di ridurre i livelli dello stesso in modelli cellulari di glioma murino (GL261). L¿obiettivo di questo progetto prevede di investigare mediante studio ¿untargeted¿ di metabolomica NMR se esistono delle impronte digitali metaboliche associate all¿inibizione della via Hh e se queste alterazioni possano fornire nuove informazioni riguardo il meccanismo d¿azione di questa molecola.
La metabolomica è una delle ultime nate tra le scienze "omiche". Il suo scopo è quello di fornire una misura diretta dello stato metabolico di un sistema biologico o cellulare integrando informazioni genotipiche e fenotipiche, dal momento che cambiamenti nel metaboloma (l¿insieme dei metaboliti) riflettono come il sistema risponde a stimoli esterni (e.g. stress genetici e/o ambientali). Più nel dettaglio, il trattamento con un farmaco o una molecola potenzialmente attiva come ¿lead compound¿ dovrebbe indurre alterazioni nel metaboloma di una cellula o un tessuto. I due approcci analitici più comunemente impiegate per condurre le analisi di metabolomica sono la spettrometria di massa e la spettroscopia NMR. In particolare, la tecnica NMR presenta numerosi vantaggi tra cui l¿elevata riproducibilità, la possibilità di condurre un¿analisi quantitativa dei metaboliti più concentrati e la capacità di determinarne la struttura chimica. Tra i campi di applicazione della metabolomica, il più diffuso riguarda lo studio del metabolismo tumorale e l¿alterazione che ne deriva in seguito a trattamento farmacologico. Le cellule di tumori ad elevato grado di malignità, tra cui MB e GBM, sono in grado di bilanciare similmente il metabolismo energetico con la finalità di sintetizzare le macromolecole essenziali per favorire la crescita tumorale. Nelle cellule di mammifero, il processo di glicolisi risulta inibito dalla presenza di ossigeno che, al contrario, permette ai mitocondri di ossidare il piruvato in CO2 e H2O in un processo metabolico che prende il nome di ¿fosforilazione ossidativa¿. Sebbene le cellule con un elevato grado di proliferazione, e quindi elevata richiesta di ATP, potrebbero essere svantaggiate dall¿utilizzo del processo di glicolisi nella produzione di energia (glicolisi vs fosforilazione ossidativa = 2ATP vs 38 ATP), utilizzano la glicolisi aerobica quale via metabolica più rapida per la produzione di ATP e accumulo di biomassa: il glucosio, che entra all¿interno della cellula, è fosforilato dall¿enzima esochinasi2 (HK2) in glucosio-6-P e, attraverso una serie di reazioni metaboliche, convertito in due molecole di piruvato (il 60% della produzione di ATP deriva da questo processo); il piruvato sarà poi ridotto ad acido lattico (reazione necessaria per rigenerare il NAD+ e quindi promuovere la via glicolitica) che mediante i trasportatori delle monocarbossilasi sarà espulso nel mezzo extracellulare (¿Warburg effect¿). È stato recentemente dimostrato come la via di trasduzione del segnale di Hh, nei tumori in cui risulta iperattivata, induce un aumento della trascrizione di HK2 e piruvato chinasi M2 (PKM2), due degli enzimi chiave del processo di glicolisi [Di Magno et al.]. Tale induzione risulta essere mediata dalla canonica attivazione del fattore di trascrizione Gli1, il quale promuove un aumento dei livelli di mRNA di HK2 e PKM2 e un marcato aumento nella concentrazione di lattato extracellulare. La valutazione metabolica di come il trattamento con GlaB possa influenzare il metabolismo in vitro delle cellule di glioma, può fornire importarti delucidazioni riguardo il meccanismo molecolare specifico di azione di questa molecola in tumori non ancora stabiliti essere Hh-dipendenti. La correlazione tra Gli1 e aumento del metabolismo glicolitico, messa in evidenza nei tumori Hh-dipendenti, potrà essere valutata nel glioma per la prima volta e, necessariamente, essere traslata in vivo aprendo la strada a terapie farmacologiche combinate che vadano a intervenire su diversi livelli. La potenziale riduzione dei livelli di lattato extracellulare, responsabile dei meccanismi di angiogenesi e metastatizzazione e di un ridotto effetto farmacologico, derivato dal trattamento con GlaB nei tumori Hh-dipendenti può, inoltre, fornire un profilo preclinico di sperimentazione favorevole per il passaggio successivo in fase clinica.