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Title: Heat Shock Proteins (HSP) da pianta e loro potenziali applicazioni in vaccinologia
Other Titles: Plant Heat Shock Proteins (HSP) and their potential use in vaccinology
Authors: Buriani, Giampaolo
Keywords: Molecular farming;Biotecnologie;Vaccini;Influenza;Biologia molecolare;AGR/07;BIO/04
Issue Date: 14-Mar-2008
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 20. ciclo
Abstract: 
L’attività di ricerca svolta nei tre anni di dottorato si è concentrata sullo studio delle Proteine da
Shock Termico (Heat Shock Proteins, HSP) vegetali e sul loro potenziale utilizzo in vaccinologia.
Le HSP comprendono diverse famiglie di proteine, fra cui quella delle HSP70 che, oltre alle
funzioni di chaperons molecolari, sono state dimostrate avere la capacità di attivare il sistema
immunitario. Tale funzione è da ascrivere non alle HSP tal quali, ma al loro essere associate a
peptidi derivanti dal catabolismo proteico cellulare. L’obiettivo del progetto è stato quello di
valutare se i complessi HSP70-peptide estratti da piante che esprimono una proteina eterologa di
interesse vaccinale siano in grado di attivare una risposta immunitaria specifica contro peptidi
derivanti dalla proteina eterologa, al pari di corrispondenti complessi di origine animale. Al fine di
raggiungere questo obiettivo è stato seguito un approccio sperimentale multidisciplinare basato su:
esperimenti di bioinformatica (per mettere a punto un modello tridimensionale della HSP70
vegetale che consentisse di verificare il grado di omologia esistente tra HSP animali e vegetali),
esperimenti di fisiologia vegetale (per definire le condizioni in cui è massima l’espressione delle
HSP70 nei tessuti vegetali), esperimenti di biochimica (per mettere a punto il protocollo di
purificazione dei complessi HSP70-peptidi da foglie di Nicotiana benthamiana), esperimenti di
espressione transiente in tessuti vegetali (per ottenere mediante agroinfiltrazione l’espressione in
foglie di N. benthamiana della Nucleoproteina del virus A dell’Influenza) e esperimenti di
immunologia (per verificare l’efficacia dei complessi HSP-peptide estratti da tessuti vegetali che
esprimono la proteina NP di indurre, in appropriati modelli murini, l’attivazione di risposte immuni
specifiche per l’antigene).
I risultati ottenuti sono incoraggianti perché sembrano confermare l’avvenuta associazione di
peptidi derivanti dalla proteina NP alle HSP70 vegetali. Nonostante ulteriori esperimenti siano
necessari per rendere il dato immunologico statisticamente valido, questa caratteristica delle HSP70
vegetali, insieme al fatto che la somministrazione di tali complessi non richiede l’impiego di
sostanze adiuvanti, aprono prospettive nuove e di grande rilievo nel campo della ricerca
vaccinologica, gettando nuova luce sul ruolo delle piante biofabbrica nell’ambito della ricerca
biofarmaceutica.

The three years PhD activity focused on plant Heat Shock Proteins (HSP) and their potential
application vaccinology. HSPs include many proteins family, between them the HSP70 one.
Besides their historical functions as molecular chaperons, was demonstrated that HSP70 can
interact and active the mammalian immune system. This feature was not due to HSP70 alone, but to
their association with peptides deriving from cell protein catabolism. The main goal of the project
was evaluating if HSP70-complexes derived from plants ex pressing an antigenic protein, were
able to interact with mammalian immune system and trigger a specific response against the antigen,
as was demonstrated for mammalian HSP70-pepide complexes. In order to get these result was
followed an experimental approach based on: bioinformatic experiments (in order to obtaining
tridimensional model plant HSP70 which can be verify the homology with plant and mammalian
HSP0), physiology studies (in order to identify the conditions in which the HSP70 expression in
plant tissues was the most high), biochemistry experiments (In order to set up a purification
protocol to obtaining HSP70-peptides complexes from N. benthamiana leaves) transient expression
experiments in plant tissues (in order to obtain Influenza A Virus Nucleoprotein expression by
agroinfiltration) and immunological experiments (in order to verify the potency of the HSP70-
peptide complexes purified from plant expressing NP protein to elicit a specific immune response in
appropriate murine model).
The achieved results are encourageing, they seem to confirm the association between NP deriving
peptides and plant HSP70. Despite that, other experiments are necessary in order to give strength to
the immunological result. These feature of plant derived HSP70 with the fact that their
immunization doesn’t need any adjuvants, open brand new perspectives in vaccinology research
field, giving new interest to plant in the pharmaceutical research.
Description: 
Dottorato di ricerca in Biotecnologie vegetali
URI: http://hdl.handle.net/2067/1965
Rights: If not otherwise stated, this document is distributed by the Tuscia University Open Archive under a Creative Commons 2.0 Attribution - Noncommercial - Noderivs License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/)
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