Elenco completo delle pubblicazioni 2013

 

Dagli studi sul moscerino della frutta: svelato un nuovo meccanismo di regolazione di fattori critici per lo sviluppo
Nell’insetto Drosophila melanogaster lo chaperon CNBP “accompagna” il processo di sintesi di Myc - un fattore necessario al corretto sviluppo delle ali. La scoperta - pubblicata su Cell Cycle* - svela un ruolo sinora sconosciuto per questa proteina altamente conservata nell’uomo. Fra gli autori del lavoro, che ha possibili implicazioni in ambito fisiopatologico, vi sono alcuni giovani ricercatori finanziati dall’Istituto Pasteur di Roma

 

È il comune, piccolo moscerino che ronza attorno alla frutta nei mercati. Eppure, ancora una volta, Drososphila melanogaster arriva in soccorso dei ricercatori, aiutandoli a capire il funzionamento di una proteina con un ruolo fondamentale nello sviluppo e nella malattia dell’uomo. A rendere il moscerino uno strumento sperimentale così importante è il fatto che più della metà dei suoi geni è conservata nell’uomo (per saperne di più leggi l’articolo Drosophila, un moscerino da Nobel in Archivio).

 

Ed è infatti proprio grazie a esperimenti condotti su Drosophila che i ricercatori guidati da Gianluca Canettieri (Dipartimento di Medicina Molecolare - Sapienza Università) hanno dimostrato un nuovo ruolo per lo chaperon molecolare CNBP. Le proteine appartenenti alla famiglia degli chaperon “accompagnano" il ripiegamento tridimensionale di altre proteine o acidi nucleici (DNA o RNA), permettendo loro di svolgere le proprie funzioni. Nell’uomo, CNBP è presente nei tessuti ricchi di cellule proliferanti (per esempio nell’embrione in via di sviluppo) dove interagisce con il gene myc per favorirne la trascrizione. In altre parole, CNBP induce la produzione della molecola di RNA messaggero contenente le informazioni per la sintesi (o traduzione) della proteina Myc, un fattore chiave per la sopravvivenza e la divisione cellulare. Errori che influiscono sulla produzione quantitativa o qualitativa di CNBP comportano la ridotta trascrizione di myc, associata a gravi difetti nello sviluppo dei tessuti o nel mantenimento della loro salute. Per esempio, una mutazione del gene CNBP è stata trovata in pazienti affetti da distrofia miotonica di tipo II – una malattia caratterizzata dalla progressiva degenerazione del tessuto muscolare.

 

Per la prima volta, Canettieri e collaboratori hanno analizzato la struttura e la funzione di CNBP nel moscerino. Dalla ricerca pubblicata su Cell Cycle* sono emerse informazioni con importanti implicazioni in ambito fisiopatologico. Gli studiosi hanno dimostrato che lo chaperon CNBP dell’uomo è strutturalmente molto simile a quello del moscerino, dove è necessario per il corretto sviluppo delle ali. La soppressione di CNBP nei tessuti destinati a formare le appendici per il volo, infatti, comporta la riduzione della loro grandezza.

 

 

Anche in questo caso il motivo di tali difetti è la mancata espressione di Myc (l’aggiunta di questo fattore è sufficiente a ripristinare il normale sviluppo delle ali). Per la prima volta, però, i ricercatori hanno dimostrato che ciò avviene attraverso un meccanismo diverso da quello osservato più comunemente nell’uomo: a risentire dell’assenza di CNBP non è la trascrizione di myc (le molecole di RNA messaggero sono prodotte ugualmente), bensì, in maniera più diretta, la sintesi della proteina. Nelle ali dell’insetto, infatti, CNBP è necessario per “accompagnare” l’RNA messaggero nel processo di traduzione nella proteina Myc.

 

Lo studio indica la possibilità che tale “inusuale” meccanismo di regolazione di fattori critici per lo sviluppo da parte di CNBP possa essere presente anche in altre specie: una scoperta che potrebbe aiutare a comprendere la causa di malattie umane dovute al malfunzionamento dello chaperon.

 

Al lavoro guidato da Canettieri (che in passato ha usufruito di borse di studio dell’Istituto Pasteur: prima per i suoi studi all’estero, poi per il rientro in Italia) hanno partecipato le giovani ricercatrici Laura Antonucci, Laura Di Magno e Sonia Coni, finanziate con borse di studio dall’Istituto Pasteur.

 

* Laura Antonucci, Davide D’Amico, Laura Di Magno, Sonia Coni, Lucia Di Marcotullio, Beatrice Cardinali, Alberto Gulino, Laura Ciapponi and Gianluca Canettieri CNBP regulates wing development in Drosophila melanogaster by promoting IRES-dependent translation of dMYC Cell Cycle. 2013 Nov 25;13(3)

 

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Una nuova strategia per ottimizzare la produzione di Eritromicina

Per rendere più efficiente la produzione dell’antibiotico eritromicina A (ErA) potrebbe essere sufficiente introdurre un piccolo cambiamento alla struttura di EryK – uno degli enzimi batterici essenziali per la sintesi del farmaco. A rivelarlo è uno studio pubblicato su Biochemistry* e condotto a Roma da Beatrice Vallone e Carmelinda Savino (Istituto Pasteur e Sapienza - Dipartimento di Scienze Biochimiche).

 

ErA è un antibiotico ampiamente utilizzato per combattere diversi tipi di infezioni, fra cui quelle respiratorie e le otiti medie; prodotto dal batterio Saccharomyces erythraeus, la sua produzione industriale trova tuttora dei limiti legati al processo biosintetico che ne è all’origine. Resa e purezza dell’antibiotico vengono infatti notevolmente compromessi dall’accumulo di composti intermedi di sintesi che, oltre a essere biologicamente meno attivi, aumenterebbero il rischio di effetti collaterali associati con l’assunzione del farmaco. Tali intermedi di sintesi rappresentano perciò dei contaminanti che devono essere eliminati: ciò limita l’efficienza di produzione e al contempo aumenta i costi di lavorazione.

 

La comunità scientifica è al lavoro per studiare strategie volte a ottimizzare la produzione di ErA e dei suoi derivati semi-sintetici (alcuni dei quali presentano una migliore attività biologica e un più ampio spettro d’azione). A tale scopo, i ricercatori guidati da Beatrice Vallone hanno studiato EryK – l’enzima che riveste un ruolo chiave durante le fasi finali della biosintesi dell’antibiotico. EryK agisce sul composto intermedio ErD per modificarlo e, indirettamente, dare origine a ErA. Le strutture dell’enzima (EryK) e del suo substrato (ErD) giocano un ruolo essenziale in questa fase della biosintesi: la conformazione di EryK, infatti, è tale da permettere di riconoscere, legare e quindi trasformare ErD. Al contrario EryK è incapace di trovare “punti di contatto” con ErB (un altro composto intermedio di sintesi che si forma per metilazione di ErD). Non potendo essere modificato, ErB si accumula, contaminando e riducendo enormemente la resa dell’antibiotico.

 

In un precedente lavoro, Vallone e colleghi avevano analizzato la struttura tridimensionale assunta da EryK in associazione con ErD. Nel recente studio pubblicato su Biochemistry* i ricercatori hanno provato a “modellare” l’enzima per renderlo capace di riconoscere e trasformare anche ErB. A tale scopo, hanno indotto singole mutazioni in EryK, valutando poi l’attività dei diversi mutanti nei confornti di ErD ed ErB. Così facendo hanno individuato un mutante (EryK M86A) che, pur conservando la capacità di legare ErD, è in grado di stabilire un contatto anche con il contaminante ErB - inducendone quindi la trasformazione verso il prodotto finale, ErA.

 

In conclusione, questo lavoro indica la via per progettare un metodo alternativo per aumentare sensibilmente quantità e purezza dell’eritromicina e dei suoi derivati.

 

Ottimizzazione della produzione di eritromicina (ErA) mediante il mutante M86A
L’enzima naturale EryK non è attivo sul prodotto intermedio di scarto ErB, che invece il mutante M86A trasforma in eritromicina. Inoltre M86A svolge la funzione dell’enzima originale e trasforma l’intermedio ErD in ErC, che poi porterà alla produzione di antibiotico grazie ad un altro enzima.

Figura in homepage. Struttura cristallografica del mutante M86A del citocromo P450 EryK nella forma legata ad ErB.
L’intermedio di scarto della sintesi dell’eritromicina. La proteina è in verde, il gruppo funzionale eme è in rosso ed ErB è in blu.

 

* Linda Celeste Montemiglio, Alberto Macone, Chiara Ardiccioni, Giovanna Avella, Beatrice Vallone, and Carmelinda Savino “Redirecting P450 EryK Specificity by Rational Site-Directed Mutagenesis” Biochemistry April 2013 Vol 52, pp 3678–3687.

 

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Meccanismi anti-tumorali mediati dal sistema immunitario

 

Attivare il sistema immunitario per rendere le cellule cancerose suscettibili alla terapia a base di acido retinoico. A dimostrarne la possibilità sono stati i ricercatori di Sapienza Università e Istituto Pasteur coordinati da Elio Ziparo e Anna Riccioli, in collaborazione con il gruppo di Carlo Croce del Comprehensive Cancer Center di Columbus (Ohio - USA). Il progetto di ricerca è nato presso la Sezione di Istologia ed embriologia medica del dipartimento di Scienze anatomiche, istologiche, medico-legali e dell'apparato locomotore della Sapienza, con il sostegno finanziario della Fondazione Roma e dell’Istituto Pasteur-Fondazione Cenci Bolognetti.

 

La ricerca - pubblicata su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)*- dimostra che, mediante l’attivazione della risposta immunitaria innata, è possibile rendere le cellule tumorali suscettibili all’azione “distruttiva” dell’acido retinoico. Lo studio è stato condotto su cellule umane derivate da tumori della prostata e del seno e su campioni bioptici.

 

Simulando un’infezione virale, i ricercatori hanno stimolato un particolare recettore presente nelle cellule cancerose (il TLR-3, una molecola chiave della risposta immunitaria innata). Così facendo hanno innescato una cascata di eventi molecolari che hanno reso le cellule sensibili all'acido retinoico. Infatti, a seguito dell’attivazione di TLR-3, sono prodotti determinati microRNA, molecole in grado di modulare l’espressione proteica e, nel caso specifico, di indurre la riespressione del recettore per l’acido retinoico (RARβ – Retinoic Acid Receptor β ). Le cellule cancerose sono quindi ora munite di “sensori” per il farmaco, a cui rispondono andando incontro all’autodistruzione (apoptosi).
In conclusione, questa ricerca offre le basi per lo sviluppo di un trattamento fondato sull'attivazione del TLR3 in combinazione con l’acido retinoico, allo scopo di innescare un meccanismo anti-tumorale selettivo ed efficace.

 

* Roberta Gallia, Alessio Paone, Muller Fabbri, Nicola Zanesi, Federica Calore, Luciano Cascione,
Mario Acunzo, Antonella Stoppacciaro, Andrea Tubaro, Francesca Lovat, Pierluigi Gasparini, Paolo Fadda,
Hansjuerg Alder, Stefano Volinia, Antonio Filippini, Elio Ziparo, Anna Riccioli, and Carlo M. Croce “Toll-like receptor 3 (TLR3) activation induces microRNA-dependent reexpression of functional RARβ and tumor regression” PNAS June 2013

 

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International Journal of Oncology - July 2013

 

International Journal of Oncology ha premiato il Prof. Enzo Agostinelli per il contributo alla ricerca sul cancro, dedicandogli la copertina del volume del primo luglio. Il Prof. Agostinelli (Dipartimento di Scienze Biochimiche di Sapienza – Università) da numerosi anni coordina un gruppo di ricerca per studiare nuove terapie antitumorali utilizzando principalmente enzimi isolati da sostanze naturali animali o vegetali, in presenza di poliamine, da soli oppure in combinazione con farmaci correntemente utilizzati in terapia oncologica. La ricerca di Agostinelli è finanziata dall’Istituto Pasteur - Fondazione Cenci Bolognetti.

 

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Muscoli cresciuti in laboratorio: pezzi di ricambio per tesuti danneggiati?
Costruito in laboratorio un tessuto capace di rimpiazzare il muscolo deteriorato e recuperarne la funzionalità persa a causa di traumi o malattie degenerative. Il lavoro dei ricercatori di Istituto Pasteur e Sapienza Università di Roma

 

È nato in laboratorio, si chiama X-MET (eX-vivo Muscle Engineered Tissue: tessuto muscolare ingegnerizzato ex-vivo) e già promette bene: non solo rappresenta un modello ideale per studiare la biologia muscolare limitando l’utilizzo di modelli animali, ma si dimostra essere un buon “pezzo di ricambio” per rimpiazzare il muscolo danneggiato a causa di traumi o di malattia. X-MET è il frutto di una ricerca tutta made in Italy, condotta da Antonio Musarò (Istituto Pasteur e Sapienza Università di Roma) in collaborazione con Zaccaria Del Prete (dipartimento di ingegneria meccanica) presso i laboratori dell’Università romana. Il lavoro è pubblicato su Scientific Reports*.

 

Uno dei più ambiziosi obiettivi della scienza medica di oggi è quello di sfruttare la “malleabilità” delle cellule staminali per rigenerare tessuti persi o malfunzionanti. Nonostante i notevoli passi avanti fatti in questo campo, l’utilizzo delle cellule staminali per ricostruire il tessuto muscolare deteriorato incontra ancora molteplici difficoltà - principalmente a causa delle ridotte chances di sopravvivenza che queste cellule hanno una volta introdotte nell’organismo da curare. L’ingegneria dei tessuti, nata anche per aggirare queste limitazioni, si occupa di costruire tessuti ex-vivo a partire da biomateriali e cellule sia staminali sia non staminali. Grazie ai progressi fatti in questo campo sono stati avviati i primi studi clinici per riparare danni alla pelle, alla cartilagine, ai vasi sanguigni e ai tessuti epatico e renale. In campo internazionale si lavora per ingegnerizzare anche un tessuto, estremamente complesso, come quello muscolare e, oggi, importanti risultati giungono dai ricercatori di Roma.

 

«Con il nostro lavoro» spiega Antonio Musarò «abbiamo generato in vitro un tessuto muscolare vascolarizzato, che abbiamo chiamato X-MET, in grado di ricapitolare la complessità morfologica, funzionale e molecolare del muscolo in vivo». Per costruire il muscolo in provetta i ricercatori hanno fatto ricorso a diversi “mattoni”. Durante lo sviluppo, infatti, per poter generare in maniera corretta i tessuti, le cellule staminali hanno bisogno di istruzioni ben precise che vengono fornite dall’ambiente circostante, formato dall’insieme delle cellule vicine. Per fare il muscolo, gli studiosi hanno perciò utilizzato, insieme alle staminali, un “cocktail” di cellule proprie del muscolo scheletrico. È nato così X-MET, un tessuto che, contraendosi in seguito a impulsi elettrici, si comporta come il muscolo dell’adulto; inoltre, è dotato di propri vasi sanguigni - essenziali per l’apporto di nutrienti necessari alla sopravvivenza delle cellule che lo compongono. «Questi risultati» aggiunge il ricercatore di Istituto Pasteur e Sapienza «incoraggiano a sviluppare un sistema X-MET partendo da cellule di origine umana per effettuare studi in vitro di biologia cellulare e molecolare e riparare piccoli difetti muscolari. In particolare, X-MET può essere utilizzato per monitorare l’attività del muscolo in risposta a stimoli meccanici e chimici, semplificando lo studio di complessi processi cellulari e fornendo uno strumento unico per lo studio di malattie come l’atrofia muscolare, per testare e sviluppare adeguate contromisure farmacologiche».

 

Gli studiosi hanno poi valutato la possibilità di utilizzare X-MET come “pezzo di ricambio” per muscoli malfunzionanti. «A tale scopo» spiega Musarò «abbiamo sostituito con X-MET il muscolo responsabile della flessione delle dita degli arti inferiori del topo, in assenza del quale l’animale non è in grado di afferrare oggetti; il trapianto di X-MET permette di recuperare questa capacità. In particolare, se prima del trapianto la capacità di generare forza è drasticamente ridotta, il topo trapiantato con X-MET recupera, dopo 30 giorni, circa il 40% della forza originale». X-MET può quindi sostituirsi ai muscoli persi o danneggiati e ripristinare, sebbene solo parzialmente, la forza muscolare. In conclusione, nonostante l’utilizzo di X-MET sia ancora lontano da un’applicazione clinica, questo tessuto cresciuto in laboratorio si candida come possibile strumento per la cura di malattie degenerative del muscolo. Lo studio è stato finanziato da Istituto Pasteur Fondazione Cenci Bolognetti, dal 7 programma quadro-Myoage e dalla Fondazione Roma.

 

* Silvia Carosio, Laura Barberi, Emanuele Rizzuto, Carmine Nicoletti, Zaccaria Del Prete & Antonio Musarò Generation of eX vivo-vascularized Muscle Engineered Tissue (X-MET) Scientific Reports 12 March 2013

 

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