Studio di genomica funzionale e bioinformatica integrativa per la caratterizzazione dei geni codificanti le aldeidi ossidasi

The aldehyde oxidase (AOXs) and xanthine dehydrogenase (XDHs), related to each other in terms of sequence and structure, belong to the family of molybdo-flavoenzymes. In mammals, the number of genes coding for AOXs is variable between four , present in the mouse, and one, as observed in humans (AOX1). The physiological role of these enzymes in vivo is unknown; the only information is derived from experiments performed by in vitro characterization. It is believed that AOX1 may play an important role with regard to drugs metabolism. The presence of multiple isoforms of AOXs with tissue-specific expression profiles and the different complement of AOXs in many species, represents a problem to the characterization of these enzymes. It is not yet clear if the different isoforms have substrates in common or if they are in some way optimized for the processing of substrates specific for one or the other form. According to recent studies, it has been hypothesized that AOX1 could play an important role in lipid deposition, making this enzyme a possible target for the development of anti-obesity drugs. To provide valuable information, useful to characterize the different isoenzymes, was the focus of this study. Our work was based on two different approaches: a very detailed phylogenetic study, which allowed us to reconstruct the evolutionary history of AOXs, and the generation of genetically modified animals that were unable to encode for the enzyme AOX4, in order to characterize the physiological role of this protein. The thesis summarizes the work done so far at the Laboratory of Molecular Biology of the Mario Negri Institute for Pharmacological Research, from January 2011 to the present. This document consists of five sections: Introduction, Materials and Methods, Results, Discussion and Conclusion.

Le aldeide ossidasi (AOX) e la xantina deidrogenasi (XDH), reciprocamente correlate in termini di sequenza e struttura, appartengono alla famiglia dei molibdo-flavoenzimi. Nei mammiferi, il numero dei geni codificanti AOX è variabile tra quattro presenti nel topo e uno come osservato nell'uomo (AOX1). Il ruolo fisiologico in vivo di questi enzimi è sconosciuto, le uniche informazioni a riguardo sono derivanti da esperimenti di caratterizzazione condotti in vitro. In base ai risultati che ne derivano, si crede che AOX1 rivesta un ruolo importante per quanto concerne il metabolismo dei farmaci. La presenza di multiple isoforme di AOX con profili d’espressione tessuto-specifici e il differente complemento di AOX nelle diverse specie rappresentano un problema per la caratterizzazione di questi enzimi. Non è ancora chiaro se le quattro isoforme abbiano substrati in comune o se siano in qualche modo ottimizzate per il processamento di substrati specifici per l’una o per l’altra forma. In studi recenti è stato ipotizzato che AOX1 possa svolgere un importante ruolo anche nella deposizione lipidica, rendendo questo enzima un possibile target per lo sviluppo di farmaci ad azione anti-obesità. Cercare di trarre informazioni preziose, utili al fine di caratterizzare al meglio il funzionamento dei diversi isoenzimi, è stato l’obbiettivo centrale di questo studio. E’ stato portato avanti un lavoro di ricerca basato su due differenti approcci: uno studio filogenetico molto dettagliato, che ci ha permesso di ricostruire la storia evolutiva delle AOX, e la generazione in laboratorio di animali modificati geneticamente ed impossibilitati alla produzione dell’enzima AOX4, al fine di caratterizzare il ruolo fisiologico di questa proteina. Questa tesi riassume pertanto il lavoro svolto presso il laboratorio di Biologia Molecolare dell'Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri di Milano, dal gennaio 2011 ad oggi. L’elaborato di tesi è costituito da cinque sezioni distinte: Introduzione, Materiali e Metodi, Risultati, Discussione e Conclusioni.