PACHOL4

Finanziato dall'Unione Europea - NextGenerationEU a valere sul Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) – Missione 4 Istruzione e ricerca – Componente 2 Dalla ricerca all’impresa - Investimento 1.1, Avviso Prin 2022 indetto con DD N. 104 del 2/2/2022, dal titolo "Shedding new light on the Possible mechAnisms underlying broiler CHickens abnormalities: Gallus gallus as animal model for colLagen type 4-related muscle disorders-PACHOL4", codice proposta 2022EPWEPW- CUP J53D23009910006.

Negli ultimi dieci anni sono emerse, a livello mondiale, nuove anomalie muscolari associate alla rapida crescita dei polli da carne selezionati per elevate performance produttive. Tra queste, le più rilevanti sono le miopatie White Striping e Wooden Breast, che colpiscono il muscolo Pectoralis major con incidenze sempre più elevate.

Queste alterazioni si presentano frequentemente nello stesso muscolo, mostrano caratteristiche istologiche peculiari e condividono numerose analogie con alcune patologie muscolari dell'uomo. Inoltre, compromettono significativamente la qualità della carne del petto, la parte di maggior valore commerciale della carcassa, determinandone il declassamento e causando importanti perdite economiche lungo la filiera produttiva.

In questo contesto, il progetto PACHOL4 si è posto l'obiettivo di approfondire i meccanismi molecolari e le vie biologiche coinvolte nello sviluppo delle miopatie associate alla rapida crescita, con particolare attenzione alla sindrome Wooden Breast.

In particolare, il progetto ha verificato una recente ipotesi scientifica secondo cui un accumulo intracellulare e/o un'alterata organizzazione extracellulare del collagene di tipo IV (COL4) possano rappresentare uno dei principali meccanismi responsabili dell'insorgenza di queste anomalie muscolari. L'obiettivo finale è stato quello di contribuire alla comprensione delle cause biologiche alla base della patologia, fornendo nuove conoscenze utili allo sviluppo di future strategie di prevenzione e controllo.

Risultati attesi

I risultati ottenuti porteranno ad un miglioramento delle conoscenze relative all’eziologia dei difetti white striping e wooden breast, oltre alla possibile identificazione di biomarcatori utili per escludere dai programmi di selezione i riproduttori maggiormente predisposti alla loro manifestazione. In ultimo, considerate le similitudini esistenti tra questi difetti e anomalie muscolari ancora poco conosciute nell’uomo, sarà possibile valutare l’utilizzo della specie Gallus gallus come animale modello per lo studio di disordini muscolari associati ad alterazioni del Collagene di tipo IV.

Risultati conseguiti

Le attività sperimentali previste dal progetto sono state completate con successo, consentendo il raggiungimento di tutti gli obiettivi prefissati.

Una delle principali criticità nello studio delle anomalie muscolari legate alla rapida crescita dei polli da carne è rappresentata dalla frequente presenza contemporanea di più alterazioni all'interno dello stesso muscolo Pectoralis major. Questa sovrapposizione può influenzare l'interpretazione dei risultati e rendere più complessa l'identificazione dei meccanismi responsabili dell'insorgenza delle diverse miopatie.

Per affrontare questo problema sono state applicate analisi statistiche multivariate, in particolare Principal Component Analysis (PCA) e Hierarchical Cluster Analysis (HCA), ai dati relativi alla qualità della carne e alle sue proprietà tecnologiche. Tali analisi hanno permesso di individuare le variabili maggiormente in grado di distinguere i campioni normali da quelli affetti dalle principali anomalie muscolari.

Sulla base di questi risultati sono state successivamente effettuate analisi proteiche finalizzate alla caratterizzazione della frazione collagenica dei muscoli normali e patologici, con particolare attenzione all'espressione delle catene α1 e α2 del collagene di tipo IV. La quantificazione di queste proteine ha consentito di verificare l'ipotesi che alterazioni della loro espressione possano essere associate, o contribuire, allo sviluppo delle miopatie da accrescimento, in particolare della condizione nota come Wooden Breast.

Le analisi di immunoistochimica hanno inoltre evidenziato che, oltre alle differenze quantitative nell'espressione delle proteine, anche la loro localizzazione all'interno del tessuto muscolare risulta modificata nei campioni patologici, rafforzando l'ipotesi di un loro coinvolgimento nei meccanismi patogenetici di queste alterazioni.

Il progetto ha quindi approfondito i meccanismi molecolari attraverso analisi trascrittomiche volte a identificare geni e microRNA differenzialmente espressi. L'analisi dell'espressione genica ha individuato 193 geni differenzialmente espressi, di cui 174 sovraespressi e 19 sottoespressi nei muscoli patologici rispetto ai controlli.

Le analisi di arricchimento funzionale hanno evidenziato una marcata alterazione dei processi cellulari nei muscoli affetti da miopatia, con particolare coinvolgimento della struttura e del metabolismo muscolare, della trasmissione neuromuscolare e dei meccanismi di risposta al danno cellulare.

Per quanto riguarda i microRNA, sono stati identificati 18 microRNA differenzialmente espressi, quattro dei quali significativamente correlati ai geni risultati alterati. Tra questi, miR-21-5p e miR-21-3p sono microRNA altamente conservati, ampiamente studiati anche in medicina umana per il loro coinvolgimento in numerose patologie.

Nell'uomo, il miR-21-5p è stato associato a diverse malattie metaboliche, tra cui il diabete, e ai processi di fibrosi cardiaca. Nel suino, il miR-21 è noto per il suo ruolo nello sviluppo del muscolo scheletrico attraverso la regolazione della via di segnalazione PI3K/Akt/mTOR.

Nel complesso, nonostante i numerosi interventi sviluppati negli ultimi anni per ridurre l'incidenza delle miopatie da rapido accrescimento, i risultati ottenuti evidenziano la persistenza di importanti alterazioni delle funzioni muscolari e neuromuscolari nei soggetti affetti. Ciò suggerisce l'esistenza di ulteriori fattori scatenanti, ancora non completamente conosciuti, responsabili delle modificazioni osservate nell'espressione genica.

I dati raccolti confermano inoltre che una profonda alterazione del metabolismo rappresenta uno dei principali tratti distintivi di queste patologie. Le possibili interazioni regolatorie tra microRNA e RNA messaggeri suggeriscono anche un coinvolgimento di meccanismi epigenetici, con un ruolo particolarmente rilevante attribuito al miR-21 nella disregolazione metabolica osservata nei muscoli patologici.

Nel complesso, i risultati ottenuti dal progetto PACHOL4 hanno permesso di ampliare significativamente le conoscenze sui meccanismi alla base delle miopatie del muscolo pettorale nei polli da carne, ponendo le basi per lo sviluppo di nuove strategie finalizzate a prevenirne l'insorgenza e a ridurne gli effetti negativi sulla produzione avicola.

Infine, le numerose analogie riscontrate tra queste alterazioni muscolari e alcune patologie dell'uomo suggeriscono che il Gallus gallus possa rappresentare un promettente modello animale spontaneo per lo studio dei meccanismi patogenetici delle malattie muscolari umane, offrendo un'alternativa ai modelli sperimentali tradizionali basati sull'induzione artificiale della patologia.

Dettagli del progetto

• Programma di finanziamento: PRIN 2022
• D.D. del MUR : 104 del 02/02/2022
• Codice progetto MUR: 2022EPWEPW
• CUP: J53D23009910006
• Contributo al DISTAL: € 133.160,00
• Durata: 12/10/2023 – 31/01/2026
• Coordinatore: DISTAL
• Responsabile Scientifico: Francesca Soglia
• Ambiti di ricerca: Zootecnia