Andrea Battistoni   

Curriculum Vitae
Laurea in Scienze Biologiche presso l’Università di Roma La Sapienza (1986).
Dottorato di Ricerca in Biologia Cellulare e Molecolare presso l’Università di Roma Tor Vergata (1991). Dal 1993 è membro del Dipartimento di Biologia della Facoltà di Scienze MM.FF.NN. dell’ Universita’ di Roma “Tor Vergata”, dove, dal febbraio 2013, ricopre il ruolo di Professore Straordinario (settore scientifico-disciplinare BIO/10 – Biochimica). E’ attualmente titolare del modulo di Biochimica Industriale del corso Biochimica e Bioinformatica Strutturale (LM Biotecnologie Industriali),  del corso Proteomica Cellulare e Principi di Proteomica (LM Bioinformatica) e dell’AAS Proteine di interesse industriale. E’ autore di circa 100 lavori indicizzati su  Pub-Med (H-Index=26ience). E’ membro dell’ Editorial board dell’ Open Journal of Microbiology e del World Journal of Biological Chemistry. E’ membro della Società Italiana di Biochimica, dell’American Society for Microbiology, dell’International Biometals Society e della Società Italiana per lo studio della Fibrosi Cistica

Finanziamenti per attività di ricerca:
Negli ultimi anni le attività di ricerca sono state finanziate dall’Istituto Superiore di Sanità (ricerca Finalizzata e programmi congiunti ISS-NIH), dalla Fondazione Roma e dalla Fondazione Italiana per la Ricerca sulla Fibrosi Cistica.

Principali Collaborazioni attive:
Dr. Paolo Pasquali – Istiituto Superiore di Sanità
Prof. Manuela Raffatellu, University of California Irvine
Dr. Domenico Ciavardelli, Università degli Studi Kore di Enna

Argomenti di Ricerca
Metalli di transizione nell’interazione ospite patogeno
I metalli svolgono un ruolo essenziale in tutti gli organismi e i metalli di transizione come zinco, ferro, manganese e rame sono presenti in quasi il 25% delle proteine, molte delle quali partecipano a importanti vie metaboliche e contribuiscono alla resistenza a numerose condizioni di stress. Non è dunque inaspettato che i batteri abbiano evoluto macchinari complessi per garantire un adeguato approvvigionamento di questi elementi, e, allo stesso tempo, evitare la tossicità associata ad un loro accumulo all’interno della cellula. Il problema del reperimento dei metalli di transizione è particolarmente acuto per i batteri patogeni che devono trovare le sostanze nutritive necessarie per la loro crescita all’interno dell’ospite, un ambiente dove molti elementi essenziali non sono liberamente disponibili. Mentre da lungo tempo è noto che il risultato della competizione per il ferro tra l’ospite ed il microorganismo è uno dei fattori più importanti nel determinare la capacità degli agenti patogeni di moltiplicarsi e causare la malattia, solo da relativamente pochi anni è emerso che lo zinco riveste un ruolo paragonabile a quello del ferro.
In questo ambito il nostro gruppo indaga i processi di acquisizione dei metalli di transizione in diversi microrganismi (Salmonella enterica, Escherichia coli spp e Pseudomonas aeruginosa), con particolare interesse per i meccanismi di regolazione, il ruolo nella patogenicità batterica e le proprietà strutturali di ZnuABC, il principale trasportatore di zinco dei batteri Gram-negativi.
Le nostre ricerche, da una parte mirano ad una più profonda comprensione del ruolo dello zinco nella fisiologia microbica e le interconnessioni tra l’omeostasi di questo e di altri metalli di transizione, dall’altra puntano a sviluppare nuove strategie antimicrobiche basate sull’interferenza con i processi di acquisizione dei metalli o sull’utilizzo di ceppi vaccinali attenuati attraverso la delezione dell’operone znuABC. A questo proposito, abbiamo già dimostrato in diversi modelli animali che ceppi di S. enterica privi di znuABC stimolano una risposta immunitaria cellulo-mediata, che conferisce una protezione solida e durevole nei confronti di infezioni con ceppi virulenti.

Superossido Dismutasi a Rame e Zinco batteriche
Allo scopo di uccidere i batteri invasivi, i neutrofili e altre cellule specializzate producono attivamente specie reattive dell’ossigeno in un processo che è innescato dalla riduzione monoelettronica dell’ossigeno molecolare a superossido da parte del complesso dell’NADPH ossidasi. Numerosi batteri patogeni possiedono geni sodC, che codificano l’enzima antiossidante extracitoplasmatico Cu,Zn superossido dismutasi (Cu,ZnSOD). Si ritiene che la Cu,ZnSOD possa proteggere i batteri dai radicali dell’ossigeno prodotti dai fagociti, facilitando così la sopravvivenza batterica all’interno dell’ospite.
Studi condotti nel nostro laboratorio, principalmente su batteri appartenenti al genere Salmonella, hanno dimostrato che questi enzimi contribuiscono in modo significativo alla capacità dei batteri di proliferare nell’ospite.
La scoperta che la Cu,Zn SOD è capace di modulare la virulenza batterica ha suggerito che questa proteina possa rappresentare un bersaglio per nuove strategie antimicrobiche e ha stimolato studi sulle sue proprietà molecolari. Rispetto agli enzimi eucariotici della stessa classe, le Cu,ZnSOD batteriche mostrano significative differenze nell’organizzazione della regione del sito attivo, che è molto più accessibile al solvente, e nella struttura quaternaria. Inoltre, mentre tutte le Cu,ZnSOD eucariotiche si conformano ad un unico e strettamente conservato modello strutturale, le Cu,ZnSOD batteriche mostrano una maggiore divergenza che fa si che molte varianti esibiscano proprietà uniche. Ad esempio, abbiamo identificato e caratterizzato Cu,ZnSOD da diversi batteri patogeni che: a) possiedono domini N-terminali che favoriscono l’acquisizione di metalli in ambienti dove la loro concentrazioni è bassa; b) esibiscono un sito per il legame del gruppo prostetico eme; c) sono prive del cofattore zinco, ma mantengono una normale attività catalitica. La nostra ipotesi è che le variazioni specie-specifiche nella struttura di questi enzimi faccia parte dei meccanismi di adattamento di ciascun microrganismo alle particolari condizioni ambientali incontrate nel corso dell’infezione.

Alterazioni nell’omeostasi del glutatione nella Fibrosi Cistica
Una delle conseguenze delle mutazioni tipiche della Fibrosi Cistica (FC) che interferiscono con la produzione di un canale CFTR funzionale è una marcata riduzione del contenuto di glutatione ridotto (GSH) nei fluidi che rivestono le superfici alveolari dei pazienti, associata all’incapacità di modulare i livelli di GSH extracellulare in risposta a stimoli ossidativi o all’infezione batterica. Al fine di valutare la possibile efficacia di terapie basate sulla somministrazione di glutatione, il nostro laboratorio studia il possibile contributo di questo difetto nell’esporto di GSH nella colonizzazione polmonare da parte di patogeni opportunistici.
Abbiamo dimostrato che alti livelli di GSH extracellulare possono ridurre drasticamente la capacità di Burkholderia cenocepacia, uno dei patogeni tipicamente associati alla FC, di aderire ed invadere le cellule dell’epitelio respiratorio. Questo effetto è correlato ad una netta diminuzione della risposta infiammatoria all’infezione e ad un evidente aumento del numero dei tioli sulla superficie della cellula. Questi risultati suggeriscono che una delle funzioni del GSH extracellulare sia quella di mantenere un appropriato stato ossidoriduttivo in proteine di membrana caratterizzate dalla presenza di disolfuri labili.
Attualmente stiamo investigando gli effetti del GSH su altri patogeni tipici della FC ed il meccanismo attraverso cui il GSH inibisce l’interazione tra B. cenocepacia e cellule epiteliali . Questi studi hanno portato all’identificazione di una serie di inibitori dell’invasione batterica, potenzialmente utili per il trattamento delle infezioni polmonari in FC.

Pubblicazioni
1. Ciavardelli D, D’Orazio M, Pieroni L, Consalvo A, Rossi C, Sacchetta P, Di Ilio C, Battistoni A, Urbani A (2013) Proteomic and ionomic profiling reveals significant alterations of protein expression and calcium homeostasis in cystic fibrosis cells. Mol.Biosyst. 9, 1117-1126
2. Castelli S, Stella L, Petrarca P, Battistoni A, Desideri A, Falconi M. (2013) Zinc ion coordination as a modulating factor of the ZnuA histidine-rich loop flexibility: A molecular modeling and fluorescence spectroscopy study. Biochem Biophys Res Commun. 430, 769-73.
3. D’Orazio M, Pacello F and Battistoni A. (2012). Extracellular glutathione decreases the ability of Burkholderia cenocepacia to penetrate into epithelial cells and to induce an inflammatory response. Plos One, 7 e47550
4. Galli F, Battistoni A, Gambari R, Pompella A, Bragonzi A, Pilolli F, Iuliano L, Piroddi M, Dechecchi MC, Cabrini G. (2012). Oxidative stress and antioxidant therapy in cystic fibrosis. Biochem. Biophys Acta 1822, 690-713
5. Liu JZ, Jellbauer S, Poe A, Ton V, Pesciaroli M, Kehl-Fie T, Restrepo NA, Hosking M, Edwards RA, Battistoni A,Pasquali P, Lane TE, Chazin WJ, Vogl T, Roth J, Skaar EP and Raffatellu M. (2012) Zinc sequestration by the neutrophil protein calprotectin enhances Salmonella growth in the inflamed gut. Cell host and Microbe (2012) 11, 227-239.
6. Ciavardelli D, Ammendola S, Ronci M, Consalvo A, Marzano V, Lipoma M, Sacchetta P, Federici G, Di Ilio C, Battistoni A, Urbani A. Phenotypic profile linked to inhibition of the major Zn influx system in Salmonella enterica: proteomics and ionomics investigations. Mol Biosyst (2011) 7, 608-619
7. Ilari A, Alaleona F, Petrarca P, Battistoni A, Chiancone E. (2011) The X-ray Structure of the Zinc Transporter ZnuA from Salmonella enterica Discloses a Unique Triad of Zinc-Coordinating Histidines. J.Mol.Biol. 409, 630-641
8. Petrarca P, Ammendola S, Pasquali P, Battistoni A.. The Zur-regulated ZinT protein is an auxiliary component of the high affinity ZnuABC zinc transporter that facilitates metal recruitment during severe zinc shortage. J .Bacteriol (2010) 192: 1553-1564
9. Pasquali P., Ammendola, S., Pistoia, C., Petrucci, P., Tarantino, M.,Valente, C., Rotilio, G., Battistoni, A. Attenuated Salmonella enterica serovar Typhimurium lacking the ZnuABC transporter confers immune-based protection against challenge infections in mice. Vaccine (2008) 26, 3421-3426
10. Ammendola, S., Pasquali, P., Pacello, F., Rotilio, G., Castor, M. ,Libby, SJ, Figueroa-Bossi, N., Bossi, L., Fang F.C., and Battistoni, A. Regulatory and Structural Differences in the Cu,Zn-Superoxide Dismutases of Salmonella enterica and their Significance for Virulence. J. Biol Chem (2008) 283, 13688-13699
11. Ammendola S, Pasquali P, Pistoia C, Petrucci, P., Petrarca, P., Rotilio, G., and Battistoni, A. The high affinity Zn2+ uptake system ZnuABC is required for bacterial zinc homeostasis in intracellular environments and contributes to virulence of Salmonella enterica. Infect. Immun. (2007) 75, 5867-5876.
12. D’Angelo P., Pacello F, Mancini G., Proux O., Hazemann J.L., Desideri A. and Battistoni A. X-ray absorption investigation of a unique protein domain able to bind both Cu(I) and Cu(II) at adjacent sites of the N-terminus of Haemophilus ducreyi Cu,Zn superoxide dismutase. (2005) Biochemistry. 44, 13144-13150.
13. Battistoni A. Role of prokaryotic Cu,Zn superoxide dismutase in pathogenesis. Biochem. Soc. Trans. (2003). 6, 1326-1329.
14. D’Orazio M., Folcarelli, S., Rotilio, G. and Battistoni A. Lipid modification of the Cu,Zn superoxide dismutase from Mycobacterium tuberculosi.” Biochem. J. (2001) 359,17-22
15. Pacello, F., Kroll,S.J., Langford,P., Indiani,C., Smulevich, G., Desideri, A., Rotilio, G., and Battistoni, A. A novel heme protein: the Cu,Zn superoxide dismutase from Haemophilus ducreyi. J.Biol.Chem. (2001) 276, 30326-30334.
16. Battistoni, A., Pacello, F., Mazzetti,A.P, Capo, C., Kroll, S.J., Langford, P., Sansone, A., Donnarumma, G.,Valenti, P.,and Rotilio, G. A histidine-rich metal binding domain at the N terminus of Cu,Zn-superoxide dismutases from pathogenic bacteria: a novel strategy for metal chaperoning. J.Biol.Chem. (2001) 276, 30315-30325.
17. Battistoni, A., Pacello, F., Folcarelli, S., Ajello, M., Donnarumma, G., Greco, R., Ammendolia, M.G, Touati, D., Rotilio, G., and Valenti, P. Increased expression of periplasmic Cu,Zn superoxide dismutase enhances the survival of Escherichia coli invasive strains within nonphagocytic cells. Infection and Immunity. (2000) 68, 30-37.
18. Battistoni, A., Folcarelli, S.,Cervoni, L., Polizio, F., Desideri, A.,Giartosio, A., and Rotilio, G. Role of the dimeric structure in Cu,Zn superoxide dismutase. pH-dependent, reversible denaturation of the monomeric enzyme from Escherichia coli. J.Biol.Chem. (1998) 273, 5655-5661.
19. Battistoni, A., Folcarelli, S., Gabbianelli, R., Capo, C. and Giuseppe Rotilio. The Cu,Zn superoxide dismutase from Escherichia coli retains monomeric structure at high protein concentration. Evidences for altered subunit interaction in all the bacteriocupreins” Biochem. J. (1996) 320, 713-716.
20. Battistoni, A. and Rotilio, G. Isolation of an active and heat-stable monomeric form of Cu,Zn superoxide dismutase from the periplasmic space of Escherichia coli. FEBS letters (1995) 374, 199-202.

Componenti del gruppo di ricerca

 
Andrea Battistoni, Professore Ordinario, Tel. 06-7259-4372 E-Mail andrea.battistoni@uniroma2.it
Francesca Pacello, (Funzionario tecnico) francesca.pacello@uniroma2.it
Serena Ammendola, (post doc) serena.ammendola@uniroma2.it
Melania D’Orazio, (post-doc) dorazio@bio.uniroma2.it
Mauro Cerasi, (Dottorando)  mauro.cerasi@gmail.com