Effetti del redox cycler piocianina su cellule di paziente affetto da atassia di Friedreich: un'analisi sperimentale in vitro

Friedreich’s ataxia (FRDA) is a recessive neurodegenerative mitochondrial disorder caused by the expansion of GAA trinucleotide repeats in the first intron of the frataxin gene, which encodes a protein involved in the biogenesis of iron-sulfur clusters. Frataxin deficiency impairs mitochondrial respiratory chain function, with significant effects on neural and muscular tissues. Recent studies have investigated the effects of redox cycler molecules, capable of transferring electrons, in cellular and animal models of diseases linked to mutations in respiratory complex subunits. Among them, pyocyanin has been identified as a molecule able to accept electrons from ubiquinol, thereby bypassing complex III dysfunction. Using Western blot, we analyzed the levels of specific respiratory complex subunits in human neural progenitors derived from healthy and FRDA patient-derived stem cells. Results confirmed a reduction of these subunits in FRDA cells. Subsequently, Seahorse analysis revealed an increase in the oxygen consumption rate (OCR) following treatment with non-toxic doses of pyocyanin, both in control cells with inhibited complexes I and III, and in FRDA cells. These findings suggest that pyocyanin, at appropriate concentrations, can partially compensate for mitochondrial dysfunction and enhance cellular respiration.

L’atassia di Friedreich (FRDA) è una malattia mitocondriale neurodegenerativa recessiva causata dall’espansione della tripletta GAA nel primo introne del gene della fratassina, proteina coinvolta nella biogenesi dei centri ferro-zolfo. La sua carenza compromette la funzionalità della catena respiratoria mitocondriale con effetti significativi su tessuti nervosi e muscolari. Studi recenti hanno analizzato l’effetto di molecole dette redox cycler, capaci di trasferire elettroni, in modelli cellulari e animali di patologie associate a mutazioni di subunità dei complessi respiratori. In particolare, la piocianina è stata identificata come molecola in grado di accettare elettroni dall’ubichinolo, bypassando la disfunzione del complesso III. Tramite Western blot, è stata quindi valutata, in progenitori neuronali umani ottenuti da cellule staminali sane e di pazienti FRDA, la quantità di alcune subunità dei complessi respiratori. I risultati confermano la loro riduzione in cellule di paziente. Successivamente, l’analisi con Seahorse ha mostrato un aumento dell’OCR (oxygen consumption rate) in seguito al trattamento con dosi non tossiche di piocianina, sia in cellule di controllo inibite nei complessi I e III, sia in cellule FRDA. Questi dati suggeriscono che la piocianina, in concentrazioni adeguate, può effettivamente compensare la disfunzione mitocondriale, migliorando la respirazione cellulare.