Effetti del peperone di Voghera sul pathway di morte cellulare: uno studio in vivo nel cervelletto di un modello murino di invecchiamento

Aging represents a complex biological process characterized by a progressive decline in cellular and physiological functions, ultimately leading to increased vulnerability to disease and mortality. The nervous system, particularly the brain, is highly susceptible to age-related changes, experiencing impaired neuronal integrity and heightened susceptibility to neurodegenerative conditions. While programmed cell death, notably apoptosis, is crucial for maintaining cellular homeostasis, its dysregulation is strongly seen in the aging process. Increasingly, nutraceuticals are recognized as modulators of aging, with biomolecules rich in antioxidant and anti-inflammatory properties showing promise in mitigating age-related cellular damage. In this context, the Voghera sweet pepper (Capsicum annuum), a Lombard sweet pepper variety, stands out for its promising in vitro anti-aging and antioxidant effects, attributed to its rich content of vitamin C and carotenoids. The present thesis investigated the potential protective effects of Voghera pepper extracts on aging-related cell death mechanisms within the cerebellum. An in vivo aging murine model (young and old mice) was employed, with treated mice receiving oral supplementation with extracts from the Voghera pepper fruit body and its by-products (seeds, placenta and stem). Subsequently, after sacrifice and processing of cerebellar specimens, immunohistochemical analysis was conducted to evaluate the expression of six key cell death markers, i.e. Bax, Bcl-2, AIF, caspase-3, caspase-8, and caspase-9, in the cerebellar cortex of different experimental groups. These markers were chosen to examine intrinsic, extrinsic, and caspase-independent apoptotic pathways. By comparing marker expression across different groups, this study aimed to elucidate how Voghera pepper supplementation in vivo might modulate cell death signaling in the central nervous system during aging, with a specific focus on the cerebellum. The investigation revealed complex, often cell-type and age-dependent modulations of apoptotic markers in the cerebellar cortex. Notably, Voghera pepper body (Vp) treatment consistently reduced pro-apoptotic markers (Bax, AIF, caspases-3, -8, and -9) in Purkinje cells (PCs) across both age groups, indicating an age-independent anti-apoptotic effect. In contrast, supplementation using the pepper by-product (Vpw) showed inconsistent and occasionally adverse effects, including elevated Bax or caspase activity, suggesting potential experimental variability or the presence of uncharacterized bioactive compounds with unpredictable interactions. The minimal modulation of Bcl-2 observed after treatment using Vp suggests that the protective action might primarily involve the inhibition of pro-apoptotic signals rather than an upregulation of anti-apoptotic defenses. Furthermore, optical density changes in the Internal Granular Layer (IGL) and Molecular Layer (ML) presented complex, sometimes opposing, age-dependent trends, having the necessity for careful interpretation given the heterogeneous cellular composition of these regions, including both intrinsic neurons/glia and extrinsic afferent terminals. These findings highlight Vp's promising neuroprotective potential in the cerebellum of the murine model during aging, while emphasizing the need for comprehensive phytochemical characterization of the extracts to elucidate specific compound-activity relationships.

L'invecchiamento rappresenta un processo biologico complesso, caratterizzato da un progressivo declino delle funzioni cellulari e fisiologiche, con conseguente maggiore predisposizione all’insorgenza di malattie e mortalità. Il sistema nervoso, in particolare il cervello, è altamente suscettibile ai cambiamenti legati all'età, che comportano una alterazione dell’integrità neuronale e una maggiore suscettibilità alle onset di malattie neurodegenerative. Sebbene la morte cellulare programmata, in particolare l'apoptosi, sia cruciale per mantenere l'omeostasi cellulare, la sua disregolazione è ben evidente durante il processo di invecchiamento. Sempre più la nutraceutica è riconosciuta come modulatori dell'invecchiamento, con biomolecole ricche di proprietà antiossidanti e antinfiammatorie che mostrano promettenti capacità nel mitigare il danno cellulare legato all'età. In questo contesto, il peperone dolce di Voghera (Capsicum annuum), una varietà di peperone dolce lombardo, si distingue per i suoi promettenti effetti anti-invecchiamento e antiossidanti in vitro, attribuiti al suo ricco contenuto di vitamina C e carotenoidi. Questa tesi ha studiato i possibili effetti protettivi degli estratti di peperone di Voghera sui meccanismi di morte cellulare associati all’invecchiamento nel cervelletto. È stato utilizzato un modello murino in vivo di invecchiamento (topi giovani e anziani), con i topi trattati che hanno ricevuto una supplementazione orale con estratti dal corpo del frutto del peperone di Voghera e dai suoi prodotti di scarto (semi, placenta e peduncolo). Successivamente, dopo sacrificio e processamento del tessuto cerebellare, è stata condotta un'analisi immunoistochimica per valutare l'espressione di sei marcatori chiave della morte cellulare, i.e. Bax, Bcl-2, AIF, caspasi-3, caspasi-8 e caspasi-9, nella corteccia cerebellare dei differenti gruppi sperimentali. Questi marcatori sono stati scelti per esaminare i pathway intrinseco, estrinseco e apoptotico caspasi-indipendente. Confrontando l'espressione dei marcatori tra i diversi gruppi, questo studio ha mirato a chiarire come la supplementazione in vivo con peperone di Voghera possa modulare il pathway di morte cellulare nel sistema nervoso centrale durante l’invecchiamento, con un focus specifico sul cervelletto. L'indagine ha rivelato un complesso effetto modulatorio, spesso dipendente dal tipo cellulare e dall'età, dei marcatori apoptotici nella corteccia cerebellare. In particolare, il trattamento con il corpo fruttifero del peperone di Voghera (Vp) ha costantemente ridotto i livelli di espressione dei markers pro-apoptotici (Bax, AIF, caspasi-3, -8 e -9) nelle cellule di Purkinje (PCs) in sia nei topi giovani che anziani, indicando un effetto anti-apoptotico indipendente dall'età. Al contrario, la supplementazione con scarti del peperone (Vpw) ha mostrato effetti inconsistenti e occasionalmente avversi, inclusa un'elevata attività di Bax o delle caspasi in alcuni gruppi, suggerendo una potenziale variabilità sperimentale o la presenza di composti bioattivi non caratterizzati con interazioni imprevedibili. La modulazione minima di Bcl-2 suggerisce che l'azione protettiva osservata dopo trattamento con Vp potrebbe coinvolgere principalmente l'inibizione dei segnali pro-apoptotici piuttosto che la sovraregolazione delle difese anti-apoptotiche. Questi risultati evidenziano il promettente potenziale neuroprotettivo di Vp nel cervelletto del modello murino durante l’invecchiamento, sottolineando al contempo la necessità di una caratterizzazione fitochimica completa degli estratti per chiarire le relazioni specifiche composto-attività.