EMERGENZA ZIKA. Brasile chiama Europa
 
Preoccupa la rapida diffusione del virus Zika e la sospetta associazione con casi di gravi malformazioni dei feti. Mobilitazione internazionale. Avviata una collaborazione Pasteur Italia-Brasile
 
Identificato per la prima volta in Africa nel 1947, l’arbovirus Zika è rimasto sconosciuto ai più fino a oggi, quando è giunto sotto la luce dei riflettori perché responsabile di un’epidemia che ha colpito l’America meridionale e centrale e che, nell’era della globalizzazione, minaccia di espandersi velocemente in tutto il mondo. Così, a fine gennaio, l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha dichiarato l’emergenza internazionale. «A distanza di pochi mesi» spiega John Hiscott virologo all’Istituto Pasteur Italia «l’infezione si sta diffondendo rapidamente. Alcuni casi si sono registrati anche in Europa e hanno riguardato persone di ritorno da soggiorni in Sud America. L’emergenza sanitaria è doverosa visto la mancanza di vaccini e, soprattutto, il sospetto, da verificare, che all’infezione siano associate malformazioni fetali. Come esperto virologo sono stato contattato dai colleghi dall’Istituto Pasteur-Fondazione Oswaldo Cruz (Fiocruz) in Brasile e abbiamo avviato una collaborazione per studiare i meccanismi di infezione del virus e lavorare a un’ipotesi di vaccino».
 
Trasmissione. Il virus Zika è trasmesso all’uomo dalle zanzare del genere Aedes, in particolare Aedes aegypti, principale vettore anche di altri virus patogeni per l’uomo come il Dengue e il Chikungunya. Un vettore secondario è poi Aedes albopictus, anche nota come “zanzara tigre”, specie fortemente invasiva che ha colonizzato tutta l’Europa meridionale con densità particolarmente elevate in Italia. Una volta inoculato, lo Zika virus si replica nel sangue per circa una settimana e può essere successivamente trasmesso a un altro individuo attraverso una nuova puntura. Di recente negli USA è stato registrato un caso di contagio per via sessuale.
 
Emergenza. Fino a poco fa l’infezione da virus Zika era considerata essenzialmente innocua. I sintomi (febbre, mal di testa, eruzioni cutanee, fatica e dolori muscolari e articolari) si risolvono nel giro di una settimana e fanno pensare a un’influenza. Il virus però potrebbe essere causa di malformazioni dei feti, come la microcefalia, alterazione nello sviluppo del cervello causa di ritardo mentale irreversibile: nell’arco di un anno in Brasile i casi di microcefalia sono passati da 150 a 4000 (dati a fine ottobre 2015). Il legame con l’infezione da Zika - specificano dall’Oms - «è fortemente sospettato, ma ancora non scientificamente provato». Per fare chiarezza servono studi multidisciplinari e cooperazioni internazionali.
 
L’intervento degli Istituti Pasteur. Lo scorso novembre i ricercatori dell’Istituto Pasteur della Guyana Francese hanno confermato i primi casi Zika nella Repubblica del Suriname e sequenziato l’intero genoma del ceppo virale responsabile dell’infezione: per Dominique Rousset , alla guida del laboratorio di virologia e del centro nazionale di riferimento per gli arbovirus, «si tratta di un passo essenziale per comprendere come si sviluppa l’infezione».
 
Tutti gli Istituti presenti nelle aree dei primi focolai di infezione (Istituti Pasteur IP della Guyana Francese e del Guadalupe e Fiocruz, l’IP del Brasile) hanno da subito avuto un ruolo centrale come “sentinelle” del virus. Oggi svolgono un’azione di sensibilizzazione specialmente rivolta alle donne in gravidanza e fronteggiano l’emergenza con l’aiuto di tutti gli Istituti della Rete Internazionale. Il laboratorio Pasteur Italia, diretto da John Hiscott, ha avviato una collaborazione con l’Istituto Pasteur - Fiocruz in Brasile per studiare i meccanismi di infezione e progettare strategie anti virali.
 
Zanzare sotto osservazione. Gli entomologi dell’Istituto Pasteur della Guyana studiano la zanzara che trasmette il virus, monitorandone tra l’altro la resistenza agli insetticidi. Gli esperti della sede di Parigi collaborano con i colleghi dell’Istituto del Guadalupe per analizzare la capacità di contrarre e trasmettere il virus delle diverse specie di zanzare Aedes presenti nelle Americhe e in Europa: è un lavoro fondamentale, che aiuterà a valutare la portata dell’epidemia e il rischio che si espanda in Europa.
 
Gli studi sulla zanzara tigre a Roma. Il gruppo di ricerca di Entomologia Sanitaria coordinato da Alessandra della Torre nel Dipartimento di Sanità Pubblica e Malattie Infettive della Sapienza da anni studia Aedes albopictus, la “zanzara tigre”, potenziale vettore di virus patogeni per l’uomo, tra i quali lo Zika. È in corso di pubblicazione proprio in questi giorni sulla rivista PLoS Tropical Neglected Deseases una ricerca condotta da Beniamino Caputo con il contributo del borsista Pasteur Mattia Manica sulla valutazione di attività di controllo effettuate nell’area del Policlinico Umberto I di Roma, in cui si dimostra come una strategia di lotta integrata contro zanzare adulte e allo stadio larvale consenta di sopprimere il picco stagionale di densità delle zanzare, riscontrato in assenza di trattamenti. Lo studio dei determinanti eco-climatici delle aree e dei periodi di maggiore densità di zanzara tigre consente inoltre interventi di controllo e bonifica più mirati, nonché la valutazione del rischio di trasmissione autoctona in Italia di virus esotici a partire da casi di “importazione” di virus da parte di viaggiatori provenienti da aree endemiche. Infine, la determinazione del grado di resistenza delle zanzare ai prodotti insetticidi di più largo utilizzo fornisce informazioni di base essenziali per la corretta pianificazione di interventi di controllo.
 
Diagnosi clinica veloce. Data la forte somiglianza con i sintomi dell’influenza, diagnosticare con efficacia e sicurezza l’infezione da Zika è molto importante, soprattutto per le donne incinte. I ricercatori della Rete (in particolare di Parigi e Bruxelles) progettano test di laboratorio accurati e veloci.
 
L’Istituto Pasteur Italia e la Ricerca sulle malattie a trasmissione vettoriale.
 
L’Istituto Pasteur Italia studia da tempo malattie a trasmissione vettoriale, prima fra tutte la malaria, un’infezione parassitaria trasmessa dalla puntura di zanzare Anopheles che nelle regioni tropicali e povere del mondo ancora oggi uccide un bambino ogni minuto. David Modiano analizza il ruolo dei geni nel determinare resistenza e suscettibilità alla malattia infettiva. Alessandra della Torre utilizza approcci genomici per lo studio dell'evoluzione e dell'ecologia di specie zanzare vettrici di malaria nella regione Afrotropicale. Mara Riminucci prosegue il progetto di ricerca di Paolo Bianco sul potenziale ruolo del microambiente ematopoietico del midollo osseo nella sopravvivenza del parassita e nella trasmissione della malaria da uomo a zanzara. Oggetto di studio è anche la malattia trasmessa dal virus Dengue, analogo a Zika. Gli immunologi del Pasteur Italia analizzano l’attivazione della risposta immunitaria innata contro il virus.
 
ARBOVIRUS. Vasto gruppo di virus a RNA che sono trasmessi all’uomo o agli animali attraverso la puntura di artropodi, in genere zecche o zanzare. Gli artropodi prelevano il virus presente nel sangue pungendo animali e lo trasmettono poi ad altri ospiti. Nell’uomo possono dar luogo a infiammazioni del cervello (encefalite, encefalomielite o meningoencefalite) o ad altre malattie infettive febbrili come Dengue, Chikungunya, oltre che a Zika.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Il Nobel per la Fisiologia e Medicina 2015 per le ricerche nel campo della Parassitologia
Di Alessandra della Torre* (Sezione di Parassitologia, Dipartimento di Sanità Pubblica e Malattie Infettive – Sapienza Università e Istituto Pasteur di Roma).

Il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina del 2015 è stato assegnato a 3 ricercatori i cui studi sulle proprietà farmacologiche di prodotti naturali hanno rivoluzionato la terapia di devastanti infezioni parassitarie, consentendo di salvare la vita, o migliorarne significativamente le condizioni, a centinaia di milioni di persone. Il Nobel 2015 ha voluto da un lato enfatizzare l’importanza delle malattie parassitarie che colpiscono quasi esclusivamente popolazioni povere delle regioni tropicali, e dall’altro sottolineare come l’immensa diversità delle sostanze naturali possa rappresentare il punto di partenza di clamorose scoperte farmacologiche.

Le ricerche di Youyou Tu (la dodicesima donna ad aver ottenuto questo riconoscimento insieme a 198 colleghi) hanno consentito lo sviluppo del farmaco oggi più efficiente nella terapia della malaria, un’infezione parassitaria trasmessa dalla puntura di zanzare Anopheles che nelle regioni tropicali ancora oggi uccide un bambino ogni minuto. Impegnata fin dalla fine degli anni ’60 nella ricerca di nuovi farmaci antimalarici a partire da estratti di oltre 2.000 erbe utilizzate nella medicina tradizionale cinese, Youyou Tu arrivò già dopo pochi anni ad identificare in estratti della Artemisia annua L. un promettente grado di inibizione dello sviluppo del parassita in modelli murini. Impossibilitati dal condurre appropriati studi clinici durante la rivoluzione culturale cinese, Youyou Tu ed i suoi collaboratori provarono su sé stessi la non tossicità dell’estratto di Artemisia, ne dimostrarono successivamente l’efficacia su pazienti infetti da Plasmodium falciparum e P. vivax ed arrivarono ad isolarne il principio attivo, l’artemisinina. Nel 2005 terapie combinate a base di artemisinina sono state adottate dall’Organizzazione Mondiale della Sanità consentendo di superare il vuoto terapeutico creato dallo sviluppo e dalla rapida diffusione di resistenza da parte dei parassiti della malaria nei confronti della clorochina, il farmaco utilizzato nei decenni precedenti, e di salvare milioni di vite umane. In quell’anno 11 milioni di terapie combinate a base di artemisinina furono distribuite nei paesi endemici. Nel 2013, si è arrivati a 392 milioni. Purtroppo, negli ultimi anni si sono registrati i primi casi di resistenza anche nei confronti dell’artemisinina. Se questa si diffondesse, come è successo alla resistenza alla clorochina, in pochi anni potremmo non poter più contare su la possibilità di curare le centinaia di milioni di persone che ogni anno contraggono la malaria.

Non è la prima volta che scoperte sulla malaria ricevono il Premio Nobel. Nel 1902, alla sua seconda edizione, esso fu assegnato a Ronald Ross per la sua scoperta del ruolo delle zanzare come vettori dei parassiti malarici (assegnazione ancora oggi controversa per il mancato riconoscimento dello zoologo e malariologo italiano Giovan Battista Grassi che negli stessi anni scoprì il ruolo delle zanzare del genere Anopheles nella trasmissione della malaria umana). Qualche anno dopo fu assegnato ad Alphonse Laveran (il primo fra i dieci ricercatori dell’Istituto Pasteur che, ad oggi, hanno vinto un premio Nobel), per i suoi studi sui protozoi parassiti e nel 1948 a Paul Hermann Müller che scoprendo l’effetto letale del DDT sugli insetti fornì lo strumento che consentì l’eradicazione della malaria da tutte le aree a clima temperato, prima fra tutte l’Italia. Il Premio a Youyou Tu rappresenta un forte incoraggiamento non solo a continuare la ricerca di nuove terapie antimalariche, ma anche a sviluppare nuove ed innovative strategie di lotta contro il parassita ed i suoi vettori da associare alle terapie col fine ultimo di raggiungere l’eradicazione della malaria anche dalle regioni tropicali.

Le ricerche di William C Campbell e Satoshi Omura hanno consentito lo sviluppo di un farmaco, l’Ivermectina, efficace contro infezioni da nematodi parassiti. Questi elminti causano infezioni intestinali che infettano oltre un miliardo di persone soprattutto in regioni tropicali caratterizzate da basse condizioni igienico-sanitarie, e infezioni tissutali, quali l’oncocercosi e le filariosi linfatiche. Queste ultime parassitosi - anch’esse, come la malaria, trasmesse da insetti vettori - non provocano direttamente la morte nelle persone infette, ma sono altamente invalidanti e ostacolano in maniera significativa lo sviluppo socio-economico dei paesi tropicali in cui sono endemiche. L’oncocercosi, provoca stati allergici gravi e, col tempo, la completa cecità. Le filariosi linfatiche provocano un’ostruzione delle vie linfatiche, che nei casi più critici porta alla così detta elefantiasi, ovvero una forma grave di linfoedema associata a ipertrofia cronica della cute e del tessuto sottocutaneo, che può portare a formazione di masse pesanti fino ad 80 kg soprattutto a livello degli arti inferiori. Nei primi anni '70 Satoshi Omura isolò dal terreno di un campo da golf a Ito, in Giappone, un batterio con spiccata attività antimicrobica, lo Streptomyces avermitilis, e lo inviò a William C Campbell al Merck Institute for Therapeutic Research negli USA. Questi isolò dalle colture batteriche l’avermectina da cui poi sviluppò il farmaco antielmintico. Nel 1987, Merck annunciò che avrebbe donato l’Ivermectina a chiunque fosse affetto da oncocercosi consentendo, grazie all’integrazione con un piano di lotta transnazionale agli insetti vettori iniziato oltre 10 anni prima, di prevenire oltre mezzo milione di casi di cecità e la quasi completa eradicazione dell’oncocercosi dall’Africa occidentale, ad oggi il più grande successo nella lotta ad una malattia a trasmissione vettoriale in Africa sub-sahariana. Oggi, 270 milioni di dosi d’Ivermectina vengono distribuite gratuitamente ogni anno anche per il trattamento ed il controllo delle filariosi linfatiche, la cui eradicazione è oggi considerata un traguardo non solo raggiungibile, ma addirittura prossimo. La dimostrata efficacia dell’Ivermectina anche contro nematodi intestinali dell’uomo e degli animali ed addirittura contro i ectoparassiti quali i pidocchi e l’acaro della scabbia, rende questo farmaco applicabile anche nella terapia e nel controllo di molte altre infezioni parassitarie. L’attribuzione del Premio Nobel per la Medicina a William C Campbell a Satoshi Omura rappresenta non solo un riconoscimento all’immenso salto in avanti consentito dalla loro scoperta nel campo delle terapie contro elminti parassiti, ma anche il primo riconoscimento da parte del Comitato dei Nobel dell’importanza a livello della sanità pubblica globale di queste infezioni cosiddette “neglette”, che pur colpendo un’enorme numero di persone raramente ottengono gli onori della cronaca e appropriati finanziamenti per la ricerca dal momento che non rappresentano un problema sanitario rilevante nei paesi caratterizzati da elevate condizioni economiche e sociali.

*La Prof.ssa della Torre svolge attività di ricerca nel campo della parassitologia, con particolare riferimento all’entomologia medica e allo studio bio-molecolare di Anofelini vettori di malaria nella regione Afrotropicale e allo studio di altri Culicidi, vettori di virus encefalitogeni e di nematodi zoonotici in questa ed altre regioni. Qui per maggiori informazioni sul progetto in corso finanziato dall’Istituto Pasteur – Italia.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

PAPILLOMA VIRUS: BIOLOGIA, CORRELAZIONE CON I TUMORI E PREVENZIONE

 

L’infezione da Papilloma virus è considerata una delle cause primarie nell’insorgenza di tumori, come il cancro del collo uterino, molto diffusi soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Da qualche anno è disponibile il vaccino contro alcuni dei ceppi più pericolosi del virus. È quanto si si discuterà nel corso del prossimo aperitivo scientifico dell’Istituto Pasteur.

 

Il primo a fornire la prova che i virus potessero avere un ruolo significativo nell'insorgenza del cancro fu, nei primi anni del '900, Peyton Rous. Analizzando un raro tumore dei polli, lo scienziato fu in grado di dimostrare che a indurlo era un proprio un virus: la ricerca valse a Rous il premio Nobel per la medicina nel 1966. Oggi sappiamo che, sebbene non tutte le infezioni virali siano associate a trasformazione neoplastica, circa il 15% di tutti i tumori può essere collegato a un’infezione virale e un altro 5% è attribuibile a infezioni batteriche e da parassiti.

Tra i virus responsabili di tumori nell'uomo è il papilloma virus (HPV, Human Papilloma Virus). Il ruolo di HPV nello sviluppo del cancro della collo uterino (in generale degli epiteli squamosi) è stato scoperto nel 1976 dal medico tedesco Harald Zur Hansen, per questo premiato con il Nobel nel 2008: l'aver individuato la causa dei tumori degli epiteli squamosi ha fornito gli strumenti per studiare metodi preventivi e/o progettare una cura.

I Papilloma Virus umani sono una famiglia di virus di piccole dimensioni che comprende oltre 100 diversi genotipi, ognuno associato a un diverso grado di rischio di sviluppare un cancro degli epiteli squamosi: basso, medio, alto o sconosciuto. Alcuni HPV danno luogo a malattie proliferative benigne della pelle o delle mucose (verruche o condilomi), mentre altri tipi correlano con manifestazioni maligne (il cancro della mucosa anale, del pene e il cancro testa collo). In particolare, i tipi HPV-16 e HPV-18 sono tra i più studiati perché considerati responsabili del cancro della collo dell’utero (o cervice). Questi virus si trasmettono per via sessuale: in presenza di piccoli traumi entrano attraverso la pelle e invadono le cellule dell’epitelio all’interno delle quali si replicano, rendendo l'individuo capace di infettare. Con 500.000 nuovi casi all'anno il cancro della cervice è il secondo tipo di tumore più comune nelle donne (dopo quello della mammella) e causa di morte fra le giovani, specialmente nei paesi in via di sviluppo, dove i controlli e le tecniche di prevenzione sono ancora poco diffusi.

Quali sono le basi molecolari dell'associazione fra HPV e cancro?

Tutta l’informazione necessaria per lo svolgimento delle funzioni vitali di HPV è scritta in una molecola di DNA racchiusa in un involucro proteico (capside) formato da due proteine che, interagendo a formare tipiche strutture a forma di stella, costituiscono una sorta di “impronta digitale” che caratterizza i diversi tipi di HPV. Il genoma virale produce, inoltre, le proteine E: sono queste le più pericolose per l'uomo perché capaci di innescare i processi molecolari che conducono alla trasformazione tumorale. Attraverso le proteine E il virus interferisce con la cellula ospite, alterando i meccanismi endogeni che tengono sotto controllo la sua proliferazione. All’interno delle nostre cellule, infatti, vi sono dei sistemi di controllo (checkpoints) costituiti da proteine “sentinella” che hanno il compito di fermare la proliferazione cellulare quando non è più necessaria. Altre proteine svolgono, invece, il ruolo di "giudice" e intervengono qualora le cellule siano sfuggite al primo checkpoint per indurre la morte cellulare programmata (o apoptosi) di cellule difettose o danneggiate. In particolare, la proteina virale E7 interagisce con la “sentinella” E2F, causandone la degradazione; un’altra proteina (E6) interferisce con il “giudice” p53, impedendone la funzionalità. Questi eventi molecolari, scatenati dall’infezione, provocano quindi la trasformazione delle cellule e l’inizio (asintomatico) delle lesioni precancerose.

Come si può prevenire il cancro del collo dell’utero?

I casi di insorgenza del tumore possono essere monitorati attraverso controlli periodici effettuati dal ginecologo attraverso una tecnica, il PAP test, in grado di valutare l’eventuale presenza di cellule anormali: il segno premonitore del cancro. Tali cellule possono essere rimosse grazie a piccoli interventi che attaccano il tumore alla radice, anche molti anni prima che possa degenerare nella sua forma più aggressiva. Proprio grazie al PAP test si è verificata una riduzione dell'incidenza del cancro della cervice nei paesi occidentali, dove la cultura (e la fruibilità) dei controlli preventivi è più diffusa. Da qualche anno, inoltre, sono disponibili vaccini contro i principali ceppi di HPV che causano il tumore. Per poter essere efficace il vaccino preventivo deve essere somministrato prima dell'esposizione al virus, quindi prima dell'inizio dell'attività sessuale. In Italia, dal 2008, il Ministero della Salute ha pianificato una strategia di vaccinazione pubblica che interessa le bambine dai 12 anni di età. Il vaccino è somministrato in tre dosi che possono proteggere dall’infezione fino a cinque anni; non è stato ancora possibile accertarne l’efficacia preventiva al di là di questo periodo. In alcuni paesi, inoltre, è stata anche approvata la campagna di vaccinazione dei maschi: un accorgimento che potrebbe contribuire ad abbassare ulteriormente l’incidenza del cancro indotto dai quattro ceppi principali di HPV.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Ipertensione: il ruolo del sistema immunitario
Individuato il fattore che, mediante l’attivazione del sistema immunitario, concorre all’aumento della pressione arteriosa. La scoperta, pubblicata su Immunity*, è a firma dei ricercatori dell’Istituto Neuromed (Pozzilli) e di Sapienza Università (Roma) e apre nuove prospettive terapeutiche contro l’ipertensione - il maggiore fattore di rischio per le malattie cardiovascolari

 

È uno dei primi valori che il nostro medico controlla nel corso del check up di routine: quelli della pressione arteriosa sono parametri che, se fuori dalla media, possono far scattare un campanello d’allarme per la nostra salute. E, infatti, l’ipertensione (o pressione alta) è un problema sanitario che interessa più di 1 miliardo di persone in tutto il mondo: un fattore di rischio per malattie cardiovascolari, insufficienza renale e retinopatie. Nonostante i diversi farmaci sviluppati e la crescente sensibilizzazione ad adottare stili di vita (alimentazione sana e a basso contenuto di sodio, movimento, astensione da fumo e alcol) volti a ridurre o prevenire l’ipertensione, i numeri non accennano a diminuire e, nella maggior parte dei casi, le cause sono ancora sconosciute. Sempre più dati, però, suggeriscono un coinvolgimento del sistema immunitario.

 

Oggi, con una ricerca pubblicata su Immunity*, gli studiosi dell’Istituto Neuromed e del Dipartimento di Medicina Molecolare di Sapienza Università fanno luce sul contributo del sistema immunitario all’aumento della pressione arteriosa. Lo studio è stato effettuato da Daniela Carnevale nel laboratorio diretto dal Prof. Giuseppe Lembo - una giovane ricercatrice su cui anche l’Istituto Pasteur ha risposto la propria fiducia. Dal 2014, infatti, Carnevale usufruisce di un finanziamento triennale dedicato a ricercatori Under 40, per permettere loro di iniziare un proprio progetto indipendentemente (per saperne di più sul progetto finanziato dall’Istituto Pasteur - link**).

 

La ricerca pubblicata su Immunity. Uno degli steps cruciali che conducono all’aumento della pressione arteriosa è la mobilitazione dei linfociti T, cellule dell’immunità che, dalla milza, si distribuiscono nei vari distretti o organi interessati (vasi di resistenza, reni, sistema nervoso autonomo). Ma come si attivano queste cellule? Per capirlo, i ricercatori hanno scelto di analizzare il contributo della proteina PIGF (un fattore di crescita con un ruolo nell’angiogenesi). A rendere PIGF un buon candidato per questo studio è il fatto di essere stato spesso associato all’ipertensione che colpisce alcune donne in gravidanza, inoltre, la proteina è presente nelle cellule sia del sistema cardiovascolare, sia di quello immunitario. Con una serie di studi su modello animale dell’ipertensione, Carnevale e colleghi hanno dimostrato che PIGF è necessario per l’attivazione del sistema immunitario e per la migrazione dei linfociti dalla milza agli organi bersaglio. L’eliminazione di PIGF è di per sé sufficiente a proteggere da fattori che normalmente inducono l’aumento della pressione.

 

La scoperta permette ora di vagliare nuovi approcci terapeutici che possano affrontare il problema dell’ipertensione arteriosa e delle complicanze ad essa associate, da una prospettiva completamente nuova. In altri ambiti di ricerca clinica, approcci terapeutici in grado di inibire PIGF (anticorpi monoclonali) sono stati già sviluppati allo scopo di prevenire la vascolarizzazione e quindi il diffondersi di alcuni tumori (un altro fenomeno patologico associato a questo fattore di crescita). I test clinici in corso daranno informazioni anche sulla possibilità di utilizzare tali anticorpi per ridurre l’ipertensione.

 

*Daniela Carnevale, Fabio Pallante, Valentina Fardella, Stefania Fardella, Roberta Iacobucci, Massimo Federici, Giuseppe Cifelli, Massimiliano De Lucia, and Giuseppe Lembo The Angiogenic Factor PlGF Mediates a Neuroimmune Interaction in the Spleen to Allow the Onset of Hypertension Immunity November 2014

 

**Dal 2014 Daniela Carnevale usufruisce del finanziamento dell’Istituto Pasteur dedicato a ricercatori Under 40

 

Lo scorso anno Daniela Carnevale è risultata uno dei tre vincitori (su 11 domande) del bando annuale dedicato a ricercatori Under 40. Il progetto con cui ha vinto è relativo all’insufficienza cardiaca – ancora oggi una delle cause principali di assenza dal lavoro e di mortalità. Daniela sta analizzando, in modelli sperimentali di scompenso cardiaco, come gli attori del sistema immunitario partecipano alle varie fasi del rimodellamento del muscolo cardiaco associato con la patologia.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Il premio Nobel per la Medicina 2014 è stato assegnato ai ricercatori John O’Keefe (USA), May-Britt Moser ed Edvard Moser (Norvegia) per i loro studi sul nostro sistema di navigazione interno: le cellule cerebrali “GPS” grazie alle quali capiamo dove ci troviamo e la direzione in cui ci stiamo dirigendo.

 

Il commento al Nobel di Cristina Limatola - Prof.ssa di Fisiologia Umana e membro della Direzione Scientifica dell’Istituto Pasteur. Svolge la propria attività scientifica nel laboratorio di Neuroimmunologia del Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia – Sapienza Università.

 

Come sappiamo dove ci troviamo?
Il premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina è stato assegnato per il 2014 ai neuroscienziati John O´Keefe, May-Britt Moser e Edvard Moser, che hanno descritto alcuni dei componenti chiave che nel nostro cervello costituiscono il sistema di “posizionamento”. Questo è un complesso sistema di cellule, identificate inizialmente nella regione dell’ippocampo (O'Keefe, and Dostrovsky, 1971) e successivamente nella corteccia entorinale (Fyhn et al., 2004) che ci permette di orientarci e muoverci nello spazio circostante creando un vero e proprio sistema di coordinate, una specie di GPS endogeno. Gli studi effettuati da questi ricercatori hanno consentito di scoprire che alcune cellule neuronali dell’ippocampo si attivano quando gli animali si trovano in una specifica posizione (le così dette “place cells”), contribuendo alla costruzione di mappe interne dell’ambiente esterno, che costituiscono il primo step della memorizzazione spaziale.
L’attività di queste cellule ippocampali è stata in seguito correlata a quella di cellule della corteccia cerebrale entorinale (definite “grid cells”), specializzate per il riconoscimento delle caratteristiche geometriche dell’ambiente, che si attivano in gruppi discreti e con una ben definita periodicità spaziale. Mentre le “place cells” si attivano in gruppi non prevedibili come numero e posizione in ambienti diversi, i rapporti spaziali tra le “grid cells” sono periodici, e mantenuti indipendentemente dal contesto ambientale. Queste scoperte hanno consentito di comprendere come la rappresentazione dello spazio esterno da parte del nostro cervello avvenga attraverso schemi di attivazione di gruppi dinamici di neuroni che correlano con caratteristiche ambientali, hanno consentito cioè di capire con quale linguaggio il cervello legga ed interpreti lo spazio circostante. Malgrado questi studi siano stati compiuti per la maggior parte nei roditori, oggi sappiamo che cellule con proprietà simili sono presenti anche in altre specie, tra cui l’uomo.
La scoperta premiata con il premio Nobel 2014 ha portato quindi alla luce la capacità del nostro cervello di costruire una “mappa neurale” dello spazio esterno, dimostrando una base cellulare
per le funzioni cognitive superiori ed aprendo nuove prospettive per la loro completa comprensione.

 

Pubblicazioni chiave
O’Keefe J and Dostrovsky J (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research 34, 171-175.
Fyhn M, Molden S, Witter MP; Moser RI, Moser MB (2004) Spatial representation in the entorhinal cortex. Science 305, 1258-1264.

 

Storia: I 10 premi Nobel assegnati a ricercatori pasteuriani

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 


L’epidemia di ebola nell’Africa occidentale ci ricorda che non dobbiamo abbassare la guardia nei confronti dei meccanismi di emergenza delle malattie infettive

 

Circa sette mila decessi e un totale di 16000 contagiati. Sono questi i numeri, allarmanti, diffusi dall’Oms (al 1 dicembre 2014) e che riguardano l’epidemia del virus ebola in Africa. Il focolaio ha avuto origine in Guinea all’inizio dell’anno e il virus si è poi diffuso in Liberia, Nigeria, Sierra Leone ed è recente la notizia di nuove vittime in Congo e Senegal. Mentre si è gridato all’allarme anche per isolati casi in Europa - non confermati - in Africa, i tassi di infezione da Guinea Ebov (il tipo di virus responsabile) continuano ad accelerare in maniera preoccupante.
Ci troviamo di fronte a un’emergenza per la salute pubblica. Ma non c’è solo ebola a destare preoccupazione. Angela Santoni - Direttore Scientifico dell’Istituto Pasteur in Italia - spiega che, in generale, l’epidemia africana rappresenta un segnale d’allarme nei confronti delle malattie infettive emergenti (rientrano in questa categoria l’Aids, la SARS e l’influenza aviaria)- patologie trasmissibili per cui si registra un aumento di incidenza in aree geografiche circoscritte o a livello globale. Si può trattare di malattie “nuove”, causate da un agente patogeno prima sconosciuto; malattie causate dalla diffusione in nuove aree di un patogeno già identificato altrove o dovute dall’introduzione nell’uomo di microorganismi che prima colpivano solo altre specie animali. In un’era in cui la globalizzazione amplifica il rischio di pandemie, la ricerca sui meccanismi di emergenza della malattie infettive è perciò fondamentale, per non farsi cogliere impreparati di fronte a epidemie come quella attuale.

 

La mobilitazione degli Istituti Pasteur contro l’epidemia
Da subito i ricercatori degli Istituti Pasteur nel mondo, primi fra tutti gli studiosi delle sedi di Dakar e Parigi, sono stati in prima linea contro ebola. L'IP di Parigi e quello di Lione hanno contribuito allo sviluppo di un laboratorio mobile in Guinea. L'IP di Dakar è stato il primo in Africa a fornire personale tecnico agli ospedali per testare la presenza dell'infezione da Ebola. Nei giorni scorsi (10-13 settembre) Christian Brechot (Presidente dell’Istituto Pasteur di Parigi) ha ospitato una serie di incontri sulle malattie infettive di interesse globale, dedicando una sessione all’emergenza ebola. A Parigi sono accorsi ricercatori da tutte le 32 sedi della rete internazionale degli Istituti Pasteur nel mondo. Per l’Istituto Pasteur di Roma sono intervenuti il Presidente Paolo Amati, il Direttore scientifico Angela Santoni e i group leaders Vincenzo Barnaba e David Modiano.

A seguito dell’incontro è stata attivata una task force: occorre la mobilitazione di biologi e medici che possano fornire aiuto in loco, anche per formare operatori in grado di effettuare una diagnosi veloce ed elaborare strategie per saggiare con urgenza possibili cure. In uno sforzo collettivo contro un ulteriore diffondersi dell’infezione.

 

Per saperne di più:
Il caso Ebola. A marzo 2014 dalla Guinea giungono le prime notizie di una malattia contagiosa che causa una serie complessa e rapidissima di sintomi (febbre, diarrea, vomito, forti dolori muscolari e problemi al sistema nervoso centrale), talmente gravi da risultare per lo più fatali. L’agente responsabile è il virus Ebola: isolato per la prima volta nel 1976 in Congo e sud Sudan, si tratta di un microorganismo con un patrimonio genetico facilmente soggetto a mutazioni in grado di amplificarne la capacità infettiva e quindi la pericolosità. Ne sono il serbatoio alcuni pipistrelli della frutta (le cosiddette “volpi volanti”) in cui il virus non provoca danni. Nell’uomo, vista anche la facilità con cui si trasmette (tramite fluidi corporei) ha invece un brevissimo periodo di incubazione ed effetti devastanti.

 

La corsa del virus. A riscostruire il percorso del virus in Africa occidentale è stato il New England Journal of Medicine*: a partire dalla prima vittima (un bambino di un villaggio della Guinea, probabilmente infettatosi venendo a contatto con le feci dei pipistrelli) ci sono voluti pochi mesi perché Guinea Ebov giungesse nella capitale, Conakry, e da qui in altri paesi africani, causando la più estesa epidemia di ebola fino a oggi. Diversi sono i fattori che contribuiscono ad accelerare la corsa del virus. Ebola in Africa viaggia in incognito: riconoscerlo non è facile perché i sintomi dell’infezione possono essere confusi con quelli di altre malattie endemiche, come la malaria. È anche complice la cultura popolare locale, con la diffidenza nei confronti dei medici e rituali funebri che prevedono il contatto con la salma.

 

La corsa contro il virus. Anche se al momento una cura sembra ancora essere chiusa nei laboratori di ricerca, contro ebola sono allo studio metodi avanzati. Notizie incoraggianti arrivano dagli Usa grazie al farmaco sperimentale Zmapp (una miscela di anticorpi), dimostratosi efficace nel salvare i macachi dalla malattia. Con Zmapp sono stati trattati due missionari americani infettati dal virus, poi guariti. Ma la cautela è d’obbligo: la morte di altre due persone, che avevano comunque ricevuto lo stesso farmaco, lascia ancora molti dubbi sul suo reale potenziale. Il contributo per giungere a una soluzione arriva anche dall’Italia: è di questi giorni la notizia di un vaccino sperimentale prodotto a Pomezia, negli stabilimenti Okairos/Advent presso l’Irbm Science Park (chief executive officer: Riccardo Cortese). Presto dovrebbero prendere il via gli studi clinici su volontari sani, negli Usa e in Gran Bretagna.

 

Per saperne di più: appuntamento all’aperitivo scientifico di martedì 7 ottobre “Ebola: dalla paura alla responsabilità” (Maria Rosaria Capobianchi)

 

[scarica il file pdf]

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Immunoterapia e tumori

 

“Una svolta scientifica” nella ricerca anticancro: così la rivista Science definisce l’immunoterapia, ovvero la messa in atto di trattamenti che inducono le cellule del sistema immunitario a riconoscere il tumore come un’entità estranea, e a eliminarlo.
La chirurgia e, soprattutto, le radiazioni e la chemioterapia (mezzi tradizionali per combattere il cancro) sono efficaci nel rimuovere o distruggere le cellule malate ma possono essere tossici anche per quelle sane. L’immunoterapia, invece, non rischia di “avvelenare” l’organismo perché sfrutta un’arma da sempre in dotazione all’uomo: il sistema immunitario.
Si è soliti pensare al nostro sistema immunitario più che altro come a un sistema di protezione contro i microorganismi patogeni, ma i suoi attori (linfociti T, cellule Natural Killer) controllano anche l’insorgenza del cancro, nonché la sua possibilità di progredire e avere il sopravvento sull’organismo. Troppo spesso, però, le difese immunitarie da sole non riescono a combattere il tumore con forza sufficiente o non sono in grado di riconoscere le cellule malate come nemiche (un fenomeno noto come tumor tolerance). Non solo, alcuni tumori hanno imparato a difendersi e inviano segnali per evadere le difese messe in atto dall’organismo.
La nuova frontiera della ricerca anticancro è perciò quella di individuare strategie per allenare il sistema immunitario, rendendolo più preparato contro la malattia. I ricercatori studiano come potenziare le difese dei pazienti attraverso molecole sintetiche o anticorpi che diano all’organismo le istruzioni per aggredire le cellule tumorali. L’idea, che si ispira al meccanismo dei vaccini, è perciò quella di stimolare il sistema immunitario o, in alcuni casi, di bloccare i meccanismi inibitori messi in atto dal tumore affinché si abbia una risposta amplificata e selettiva nei confronti del cancro.
Sebbene manchino ancora risultati definitivi e a lungo termine sull’efficacia curativa dei vaccini anticancro, è stato recentemente approvato dal FDA un vaccino per il tumore della prostata (Provenge) che fa sperare nella possibilità di successi futuri. Questo non significa che si debbano abbandonare le terapie antitumorali tradizionali: oggi le nuove terapie sono sempre più orientate verso un approccio combinato (immunologico e tradizionale) per poter attaccare il tumore su più fronti.

 

Gli studi dei ricercatori dell’Istituto Pasteur di Roma

 

Passi avanti verso la creazione di un vaccino efficace contro il tumore ovarico, uno dei tumori femminili più diffusi.
Vincenzo Barnaba (Istituto Pasteur e Dipartimento di Medicina Interna, Sapienza Università di Roma)
 ha messo a punto un sistema in grado di selezionare le molecole presenti nelle cellule del tumore ovarico e capaci di determinare una risposta immunitaria contro il cancro. Queste molecole potranno essere sfruttate per progettare vaccini in grado di combattere o prevenire questo tumore. Lo studio, pubblicato su International Journal of Cancer* getta le basi per migliorare prognosi e trattamento di uno dei tumori più diffusi nelle donne.

 

* Marino Paroli, Filippo Bellati, Melissa Videtta, Chiara Focaccetti, Carmine Mancone, Tiziana Donato, Morena Antonilli, Giorgia Perniola, Daniele Accapezzato, Chiara Napoletano, Marianna Nuti, Armando Bartolazzi, Pierluigi Benedetti Panici, Marco Tripodi, Fabio Palombo and Vincenzo Barnaba “Discovery of chemotherapy-associated ovarian cancer antigens by interrogating memory T cells” International Journal of Cancer Aprile 2014

 

- Nuovi approcci per potenziare la risposta immunitaria contro le cellule del mieloma multiplo.
Angela Santoni (Istituto Pasteur e Dipartimento di Medicina Molecolare, Sapienza Università di Roma) ha individuato farmaci in grado di indurre la produzione di specifiche proteine sulla superficie delle cellule del mieloma multiplo. In questo modo le cellule del tumore vengono rivestite di “etichette”: segnali di pericolo che scatenano l’attività distruttiva delle Natural Killer. Lo studio, pubblicato su Journal of Immunology** può fornire nuovi strumenti per stimolare la risposta immunitaria contro uno dei più diffusi tumori del sangue.

 

** Soriani A, Iannitto ML, Ricci B, Fionda C, Malgarini G, Morrone S, Peruzzi G, Ricciardi MR, Petrucci MT, Cippitelli M, Santoni A. Reactive Oxygen Species- and DNA Damage Response-Dependent NK Cell Activating Ligand Upregulation Occurs at Transcriptional Levels and Requires the Transcriptional Factor E2F1. J Immunol. 2014

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

La regolazione del traffico all’interno delle cellule: un sistema da Nobel
Quest’anno il premio Nobel per la fisiologia e la medicina è stato attribuito a James Rothman, Randy Schekman e Thomas Südhof “per la scoperta del macchinario che regola il traffico vescicolare, uno dei principali sistemi di trasporto all'interno delle cellule

 

Le cellule sono sistemi complessi, paragonabili a città in cui i mezzi di comunicazione e trasporto fra le diverse stazioni (i compartimenti cellulari) assumono un ruolo fondamentale. Perché la cellula possa rimanere in salute è necessario che determinate molecole si vengano a trovare nel posto giusto al momento giusto. Per esempio, proteine come enzimi, ormoni e neurotrasmettitori devono lasciare il distretto cellulare in cui sono state sintetizzate per essere “spedite” dove e quando ne è richiesta l’attività. A veicolare i prodotti cellulari da un compartimento all’altro ci pensano le vescicole, “containers” che trasportano e consegnano efficientemente il proprio carico a destinazione: per averne capito il funzionamento, James Rothman, Randy Schekman (cittadini USA) e Thomas Südhof (Germania) hanno vinto il premio Nobel per la medicina e la fisiologia 2013. In particolare, gli studi condotti da Schekman hanno fatto luce sui geni che regolano il traffico vescicolare, il lavoro di Rothman ha spiegato come sono formate le vescicole e come effettuano le loro consegne. Infine, la ricerca di Südhof ha svelato come il sistema di trasporto funziona nelle cellule del cervello, permettendo che i neurotrasmettitori siano rilasciati al momento giusto. Il trasporto da parte delle vescicole di sostanze nelle e tra le cellule è, infatti, un meccanismo cruciale per il funzionamento di numerosi meccanismi fisiologici: se la puntuale consegna dei neurotrasmettitori è alla base della comunicazione fra le cellule nervose, il meticoloso rilascio di ormoni permette la coordinazione delle diverse attività dell’organismo, mentre la tempestiva liberazione di citochine assicura la corretta risposta immunitaria.

 

Il traffico vescicolare è stato considerato un sistema da Nobel perché, senza questa meravigliosa e precisa organizzazione, la cellula rimarrebbe “intasata”, bloccata da un traffico mal gestito e, proprio come accade a molte delle nostre città, non funzionerebbe a dovere e si ammalerebbe. La comprensione dei meccanismi alla base del traffico cellulare ha quindi rivoluzionato la comprensione di come le cellule sono organizzate: ciò è fondamentale per la comprensione di un grande numero di patologie.

 

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

 

Il commento di Maria Rosaria Torrisi
Dipartimento di Medicina Clinica e Molecolare (Sapienza – Università) e Istituto Pasteur

 

È sorprendente la specificità del sistema di trasporto intracellulare e di traffico vescicolare: l'attenzione a questo sistema, premiata quest'anno dal premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia, ha portato allo sviluppo di un settore di interesse tra i più vivaci e produttivi nel campo della Biologia cellulare e molecolare. Si tratta di una grande mole di ricerche e di conoscenze, partite dalla comprensione dei meccanismi alla base del funzionamento e della regolazione del sistema ed estese poi al ruolo dell'alterazione di questi meccanismi in patologie di ogni tipo.

 

La direzione e la specificità del traffico è mirabilmente controllata da complessi di proteine che mediano la gemmazione dal compartimento di partenza di vescicole contenenti il carico da trasportare e la fusione della membrana delle vescicole con le membrane del compartimento di destinazione. Il contributo fondamentale di Rothman, Schekman e Südhof nella identificazione delle vie di trasporto all'interno della cellula e tra la cellula e l'ambiente, così come nella definizione dei meccanismi molecolari coinvolti, resterà certamente il riferimento per uno dei più affascinanti aspetti della biologia. Tra le vie di trasporto intracellulare vescicolare, l'endocitosi o captazione di nutrienti e materiale vario dall'esterno e lo "smistamento" di questo materiale verso la degradazione e/o il suo riutilizzo rappresenta un processo chiave, anche altamente selettivo, per la cellula. L'endocitosi raggiunge la sua massima specificità quando le molecole da internalizzare si legano a recettori presenti sulla superficie cellulare che si concentrano in invaginazioni o fossette rivestite da un'impalcatura proteica. L'endocitosi svolge anche un ruolo chiave nella regolazione del segnale di ormoni e fattori di crescita mediante la riduzione o riespressione dei recettori sulla superficie cellulare: un'alterata regolazione dell'internalizzazione e trasporto vescicolare lungo le vie endocitiche di degradazione o ricircolo è alla base di eventi di trasformazione e di cancerogenesi. Le ricerche portate avanti negli anni dal gruppo di ricerca di cui sono responsabile, e che hanno ricevuto il supporto dell'Istituto Pasteur ‐ Fondazione Cenci Bolognetti, hanno proprio l'obiettivo di comprendere meglio il collegamento funzionale tra endocitosi e trasduzione del segnale di recettori per fattori di crescita epiteliali: il trasporto vescicolare attraverso le varie stazioni lungo le vie intracellulari coinvolte è cruciale nel funzionamento del processo e le conoscenze premiate con il Nobel sono state e saranno di primaria importanza per il mio studio.

 

Qui per saperne di più sulla ricerca finanziata dall’Istituto Pasteur e condotta da Maria Rosaria Torrisi.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

QUORUM SENSING. IL LINGUAGGIO (SEMPRE MENO SEGRETO) DEI BATTERI
Intercettarlo offre una possibilità per indebolire i microrganismi patogeni

 

Piccoli ma pericolosi: i batteri patogeni minacciano la nostra salute. Louis Pasteur (1822 –1895) fu il primo a capirne il ruolo nell’origine di malattie. «È spaventoso» diceva lo scienziato francese «che la vita sia in balìa di piccoli organismi, ma è una consolazione sperare che la Scienza non rimarrà sempre senza potere di fronte a tali nemici». In seguito agli studi di Pasteur sono stati fatti enormi progressi nella lotta alle infezioni batteriche; molti “nemici”, però, hanno sviluppato la capacità di resistere ai farmaci, rendendo necessaria l’individuazione di nuovi approcci per affrontare il problema.

 

A questo proposito, una delle strategie prese in esame dai ricercatori si propone l’obiettivo di interferire con il quorum sensing, il fenomeno che consente ai batteri di “parlarsi” e regolare in maniera coordinata una serie di geni in funzione della densità di popolazione. Una volta raggiunto il numero sufficiente (quorum) i batteri si accordano per accendere geni e svolgere attività che altrimenti, se a farle fossero in pochi, non avrebbero successo. Il “censimento” dei microbi avviene mediante produzione, secrezione e ricezione di molecole segnale: veri e propri messaggi lanciati nell’ambiente. Maggiore il numero di batteri, maggiore il volume del segnale, che potrà così essere recepito da cellule della stessa specie presenti nelle vicinanze. I messaggi captati innescano un passaparola molecolare di fattori che si attivano l’uno con l’altro fino a interagire col DNA e attivare geni che variano a seconda dei batteri e delle necessità. I geni lux, per esempio, causano lo spettacolare fenomeno della bioluminescenza, lo stesso che ha permesso, nel 1970, la scoperta del quorum sensing in Vibrio fischeri, batterio che vive in simbiosi con animali marini. Quando sono presenti pochi batteri, o quando questi organismi sono “diluiti” nel vasto ambiente marino, la bassa concentrazione cellulare non è sufficiente a far “accendere” i geni lux. La convivenza di più batteri - per esempio nell’organo luminoso del calamaro – rende, invece, possibile l’attivazione dei geni necessari per l’emissione di luce.

 

Oltre a dar vita a questi bellissimi fenomeni, è noto che numerosi batteri patogeni utilizzano il quorum sensing anche per capire quando raggiungono un numero sufficiente a infettare un organismo; a quel punto accendono geni necessari per eludere le difese immunitarie dell’ospite e per sviluppare l’infezione, si moltiplicano e rivestono intere superfici formando i biofilms: strutture multicellulari altamente resistenti ai farmaci. È il caso di Pseudomonas aeruginosa, uno dei patogeni più temuti in ambito nosocomiale perché causa di gravi infezioni che, generalmente, risultano difficilmente trattabili con le normali terapie antibiotiche. E così, anche nel nome di Pasteur - negli Istituti nel mondo che, come a Roma, si ispirano alla sua missione scientifica - si studia come interferire con il linguaggio dei batteri. Come in tutte le società anche in quella microbica comunicare è fondamentale: togliere ai microbi la “parola” necessaria ad accordarsi offre una possibilità per indebolirli.

 

Gli studi finanziati dall’Istituto Pasteur per aggirare il problema della resistenza agli antibiotici

 

Francesca Cutruzzolà (Dipartimento Scienze Biochimiche “A. Rossi Fanelli” - Sapienza Università) analizza nuove strategie per inibire la formazione di biofilms in P. aeruginosa. Si tratta di antimicrobici innovativi che, impedendo ai batteri di unirsi, li renderebbero più suscettibili alle terapie antibiotiche. (progetto finanziato triennio 2011 – 2013: per saperne di più, annual report 2012, pagina 37).

 

Francesco Imperi (Dipartimento di Biologia e Biotecnologie “C. Darwin” – Sapienza Università) analizza le caratteristiche di proteine presenti sulla superficie cellulare di P. aeruginosa e con ruolo cruciale nella patogenicità batterica (per esempio proteine essenziali per la crescita cellulare e/o la formazione del biofilm). Lo scopo è di identificare nuovi e accessibili bersagli farmacologici (progetto finanziato per il triennio 2013 – 2015, categoria RICERCATORI UNDER 40: per saperne di più)

 

ESTATE: L'OFFICINA "RIPARAZIONE DEL DNA" NON VA IN VACANZA
Le radiazioni solari “stuzzicano” il DNA, sottoponendolo a rischio di danno permanente. A soccorrerlo arriva una squadra speciale...

 

Puntualmente – in occasione di viaggi o con l’arrivo dell’estate – dermatologi e media ricordano che l’esposizione prolungata e senza protezione al sole rappresenta un azzardo alla salute; eppure, l’associazione fra abbronzatura e benessere continua a rimanere radicata nelle menti di tutti noi. Invece, l’abbronzatura altro non è che il risultato visibile di una “guerra” fra la nostra pelle e le radiazioni ultraviolette (UV) provenienti dal sole: a regalarci quel bell’effetto scuro dorato è l’attività dei melanociti, cellule dell’epidermide che, per fare scudo alle radiazioni, producono un pigmento di colore bruno (la la melanina). Contemporaneamente, un altro “conflitto” ha luogo nelle cellule della nostra pelle: i raggi UV attaccano il DNA, danneggiandolo. A difenderlo e soccorrerlo è un “esercito” di fattori (enzimi) arruolati nell’officina “Riparazione del DNA”. Ma troppo spesso questi tentativi di difesa e riparo falliscono. Così l’Organizzazione Mondiale della Sanità lancia l’allarme: ogni anno nel mondo muoiono 60 mila persone a causa della sovraesposizione ai raggi UV, di cui la maggior parte a causa di melanoma – un aggressivo tumore della pelle.

 

 

L’officina “Riparazione del Dna” è una struttura complessa, chiamata a intervenire costantemente nelle cellule per porre rimedio a danni inflitti alla doppia elica. Le alterazioni del Dna possono avvenire spontaneamente o a causa di fattori ambientali mutageni, come fumo, inquinamento, agenti ossidanti e, appunto, raggi solari. I danni possono essere caratterizzati dall’alterazione (mutazione) nella sequenza del Dna o da vere e proprie rotture della doppia elica, lesioni che ne impediscono il corretto funzionamento; per esempio, possono impedire l’attività di geni importanti per contrastare la formazione di tumori (onco-soppressori). In condizioni normali, i “meccanici” del Dna lavorano rimuovendo la sequenza danneggiata (mutata) per poi sostituirla con quella corretta, oppure aggiustando le parti rotte e colmando le lacune formatesi. Quando questi interventi di manutenzione non funzionano, la cellula è costretta a “eliminare” del tutto il difetto: l’attività del Dna viene interrotta e la cellula va incontro ad autodistruzione (morte cellulare programmata o apoptosi).

 

Ma non sempre l’officina per la riparazione ed eliminazione dei difetti è aperta o ben funzionante. Studi recenti indicano che, a causa delle esposizioni prolungate ai raggi UV, la squadra di manutenzione del DNA dei melanociti può diventare meno efficiente. E così, “attaccato” dal sole il DNA è irreversibilmente danneggiato. Senza possibilità di riparare geni oncosopressori, i melanociti proliferano incontrollati formando cellule tumorali. Se non sono fermate in tempo, spesso accade che tali cellule migrino dal luogo di formazione per colonizzare altri organi (metastasi): una caratteristica, questa, che rende il melanoma particolarmente devastante. Non solo, le cellule diventano insensibili all’apoptosi, un fenomeno associato alla resistenza al trattamento con chemioterapici.

 

Così l’esposizione prolungata o senza protezione al sole può “bruciare” il nostro Dna. Rischio di tumori a parte, questo comporta l’invecchiamento precoce della pelle. Allora attenzione a prevenire le scottature! Dopo tutto, chi non vorrebbe essere il ritratto della salute?

 

I progetti finanziati dall’Istituto Pasteur: 
Il trattamento del melanoma
L’Istituto Pasteur – Fondazione Cenci Bolognetti finanzia una ricerca volta a individuare un trattamento efficace per combattere il melanoma. Condotto da Enzo Agostinelli del Dipartimento di Scienze biochimiche “A. Rossi Fanelli”, lo studio analizza l’efficacia di nuovi agenti terapeutici nell’eliminare le cellule tumorali e nel superare il fenomeno della farmaco-resistenza.

 

I meccanismi di riparazione degli acidi nucleici 
Fabio Altieri del Dipartimento di Scienze biochimiche “A. Rossi Fanelli” studia la risposta cellulare ad agenti ossidanti che danneggiano il Dna e comportano l’invecchiamento cellulare. Presso il Dipartimento di Biologia e Biotecnologie “C. Darwin”, Cristina Mazzoni e Claudio Falcone studiano i meccanismi che inducono danno all’Rna (la molecola che a partire dal Dna permette la produzione di proteine essenziali per la cellula) e la loro relazione con malattie degenerative connesse con l’invecchiamento.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 


Epatiti, infezioni croniche e conseguenze per la salute del fegato. La ricerca finanziata da Istituto Pasteur di Roma

 

L’epatite virale è uno dei maggiori problemi sanitari mondiali. I virus responsabili per questa malattia contagiosa differiscono per la modalità di trasmissione e per la gravità e le manifestazioni cliniche a essi associate. L’epatite A, per esempio, si trasmette attraverso l’assunzione di acqua e cibi contaminati e l’infezione può durare fino a qualche mese. Le epatiti B e C (causate rispettivamente da HBV - hepatitis B virus e HCV - hepatitis C virus), invece, sono più pericolose: il contagio interessa centinaia di milioni di persone in tutto il mondo, avviene attraverso contatto diretto con sangue infetto o per via sessuale e può degenerare in infezione cronica con conseguenze molto gravi per il fegato. In Italia, dagli anni Novanta, l’epatite B è in calo grazie alla vaccinazione obbligatoria per i nuovi nati e per gli adolescenti; per l’epatite C (oggi la forma più diffusa nel nostro Paese) invece ancora non esiste un trattamento veramente efficace: la terapia attualmente disponibile, a base di interferone e ribavirina, non è risolutiva per tutti i genotipi di HCV.

 

Risposta immunitaria in seguito a infezione da virus dell’epatite C
Nelle fasi iniziali dell’infezione delle cellule epatiche da HCV (infezione acuta), il sistema immunitario dell’organismo ospite reagisce scatenando una tempesta di citochine prodotte prima dalle cellule dell’immunità innata (in particolare le natural killer) e poi dalle cellule dell’immunità acquisita (linfociti T virus-specifici). Tali popolazioni cellulari hanno un ruolo fondamentale per l’eliminazione del virus e quindi per la guarigione. Alcune di queste cellule producono proteine, le perforine, che “bucano” le cellule infettate, causandone l’apoptosi e quindi distruggendo le particelle virali, impedendo loro di andare in giro a colpire altri bersagli. Un’altra popolazione cellulare (i linfociti B) produce gli anticorpi antivirali, il cui scopo è di neutralizzare il virus circolante prima che possa infettare le cellule del fegato. Una volta debellato il virus, questa intensa attività del sistema immunitario deve essere spenta per evitare che divenga distruttiva per l’organismo stesso; questo compito è svolto dalle cellule T regolatorie (Treg) 1. Allo stesso tempo, i linfociti T e B mantengono la memoria di quanto è avvenuto e, avendo imparato a produrre citochine antivirali e anticorpi in risposta a specifiche porzioni di HCV, proteggono l’organismo dal virus per il resto della vita. Ma, come altri virus, HCV ha sviluppato strategie per sfuggire all’attacco del sistema immunitario; paradossalmente, una di queste sfrutta un “difetto” del virus stesso. La moltiplicazione di HCV all’interno della cellula dell’ospite è, infatti, soggetta a errori: nel replicarsi, il materiale genetico virale (in questo caso formato da RNA) può generare molecole che non sono esattamente uguali allo stampo da cui derivano, sono varianti dello stesso virus (quasispecie) che differiscono l’una dall’altra anche per un solo nucleotide. Nel singolo individuo infettato arrivano a formarsi fino a centinaia di miliardi di tali varianti; può allora accadere che il sistema immunitario, continuamente sollecitato a produrre anticorpi contro le tantissime quasispecie, possa non stare al passo e lasciare che alcune particelle virali sfuggano al suo controllo. E così, mentre il 20% degli individui colpiti da HCV guariscono dopo infezione acuta, nell’80% dei casi l’incapacità di coordinare la risposta immunitaria degenera in infezione cronica. In quest’ultimo caso, il sistema immunitario, anche se non più capace di eliminare il virus persistente, risponde in maniera equilibrata, in modo da controllare l’eccessiva diffusione del virus stesso, senza provocare un eccessivo danno epatico. Questo equilibrio tra risposta immunitaria e virus persistente è alla base dell’instaurarsi di una malattia epatica cronica di basso livello infiammatorio, che permette la sopravvivenza per lungo tempo (decenni) del paziente infettato cronicamente. D’altro canto, a lungo andare, molti pazienti possono andare incontro a gravi malattie del fegato, come la cirrosi e l’epatocarcinoma.

 

Cirrosi e tumori: le possibili conseguenze dell’infezione cronica da HCV
L’infezione cronica da HCV danneggia le cellule del fegato, causando la cirrosi (formazione di cicatrici e noduli). L’epatite, per esempio, interferendo con la produzione di lipoproteine deputate a trasportare i trigliceridi dal fegato ad altri siti, determina l’accumulo di grassi in questo organo (fegato grasso), uno stato che, cronicizzando, può appunto degenerare in cirrosi. A sua volta, la cirrosi è un fattore di rischio scatenante di una grave forma tumorale (l’epatocarcinoma cellulare). La trasformazione tumorale delle cellule epatiche ha inizio con la perdita dell’espressione di geni che le caratterizzano e culmina nella transizione epitelio-mesenchimale: dallo stato epiteliale - piatto e ancorato al substrato - le cellule passano allo stato mesenchimale - tondeggiante e capace di migrare e invadere altri tessuti (formando le metastasi).

 

Gli studi su epatiti ed epatocarcinoma finanziati da Istituto Pasteur
Nel 2012 Istituto Pasteur di Roma ha finanziato progetti di ricerca sulla risposta immunitaria contro il virus dell’epatite C, sulle conseguenze che l’infezione può avere sull’organismo e per studiare possibili approcci terapeutici. In particolare, il gruppo coordinato da Vincenzo Barnaba - Professore ordinario di Immunologia molecolare e cellulare a Sapienza Università – ha utilizzato il modello dell’infezione da HCV per caratterizzare la risposta immunitaria ai virus. Con uno studio pubblicato su Plos Pathogens 2 i ricercatori hanno dimostrato che, in pazienti con infezione acuta da HCV, la presenza di una popolazione mista e polifunzionale di linfociti T autoreattivi correla con l’evoluzione dell’infezione cronica. Questo lavoro ha implicazioni importanti per la prognosi e la cura di infezioni, come appunto l’epatite C, che degenerano in patologie croniche. Sempre nell’ambito di progetti finanziati da Istituto Pasteur, nel laboratorio guidato da Marco Tripodi - Dipartimento di biotecnologie cellulari ed ematologia a Sapienza Università - sono state analizzate le cause molecolari dell’accumulo di grasso nel fegato in seguito a epatite. I ricercatori hanno dimostrato che la catena pesante della ferritina, un fattore presente nel nostro organismo e prodotto in maniera massiccia in seguito a infezione da HCV, inibisce la produzione di lipoproteine necessarie a “pulire” il fegato dai grassi. Lo stesso fattore, inoltre, è necessario per un’efficace infezione virale. La ricerca è pubblicata su Journal of Proteome Research e getta le basi per nuove strategie terapeutiche antivirali 3. Infine, Tripodi e colleghi hanno analizzato gli attori molecolari responsabili dell’epatocarcinoma cellulare - una delle conseguenze più temibili dell’infezione cronica del fegato. Lo studio - pubblicato su Journal of Hepatology 4 - suggerisce come rendere più efficace la terapia genica contro questo tipo di tumori.

 

1 Review: Barnaba V, Schinzari V. Induction, control, and plasticity of Treg cells: The immune regulatory network revised? Eur J Immunol. 2013 Feb;43(2):318-22.

2 Franceschini D, Del Porto P, Piconese S, Trella E, Accapezzato D, Paroli M, Morrone S, Piccolella E, Spada E, Mele A, Sidney J, Sette A, Barnaba V. “Polyfunctional Type-1, -2, and -17 CD8+ T Cell Responses to Apoptotic Self-Antigens Correlate with the Chronic Evolution of Hepatitis C Virus Infection” Plos Pathog. Jun 2012 REVIEW: Barnaba V, Paroli M, Piconese S. The ambiguity in immunology. Front Immunol. 2012;3:18 Epub 2012 Feb 22.

3 Mancone C, Montaldo C, Santangelo L, Di Giacomo C, Costa V, Amicone L, Ippolito G, Pucillo LP, Alonzi T, Tripodi M “Ferritin Heavy Chain Is the Host Factor Responsible for HCV-Induced Inhibit ion of apoB-100 Production and Is Required for Efficient Viral Infection”. J Proteome Res. 2012 May

4 Cozzolino AM., Alonzi T., Santangelo L., Mancone C., Conti B., Steindler C., Musone M., Cicchini C., Tripodi M., Marchetti A. “TGFb overrides HNF4a tumor suppressing activity through GSK3b inactivation: implication for hepatocellular carcinoma gene therapy” Journal of Hepatology 2012 Sept

REVIEW: Marchetti A., Cicchini C., Santangelo L., Cozzolino AM., Costa V, Marco Tripodi*, Laura Amicone “Signaling Networks Controlling HCC Onset and Progression: Influence of Microenvironment and Implications for Cancer Gene Therapy” Journal of Cancer Therapy 2013

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 


È uno degli organismi più utilizzati per lo studio della genetica e della biologia dello sviluppo e rappresenta un modello sperimentale importante per le malattie umane. Parliamo del moscerino della frutta Drosophila melanogaster, la cui “storia” è stata raccontata da Thomas Kaufman – Università di Bloomington, Indiana (USA) - al seminario organizzato da Istituto Pasteur a Roma

 

Piccolo e innocuo, ronza attorno alla frutta nei mercati o in casa, senza essere notato. Eppure, tra gli scienziati, il moscerino della frutta Drosophila melanogaster è “ricercatissimo”, tanto da avere vinto diversi premi Nobel per la medicina.

 

Thomas Kaufman - ricercatore dell’Università di Bloomington, Indiana (USA) - è da sempre un “fan” di Drosophila e, recentemente, ha ricevuto la Laurea ad honorem in genetica e biologia molecolare da Sapienza Università. In particolare, la ricerca di Kaufman sui geni omeotici che controllano lo sviluppo della testa e del torace anteriore dell’insetto rappresenta una pietra miliare nella comprensione del piano di sviluppo del corpo animale. In un seminario organizzato da Istituto Pasteur, il ricercatore americano ha raccontato dei “Cento anni di Drosophila: dalla mutazione occhio bianco ai modelli per le malattie umane”, spiegando cosa rende questo insetto un grande della biologia: perché – ha detto – gli uomini potranno pure saper giocare a scacchi, ma i moscerini possono volare….

 

Drosophila rappresenta un mezzo di ricerca poco ingombrante e molto veloce (il tempo di generazione dell’insetto – dall’embrione alla larva, poi alla pupa fino alla metamorfosi in animale adulto - dura solo dieci giorni). Soprattutto, il motivo di tanto prestigio per un piccolissimo insetto è dato dal fatto che più della metà dei suoi geni è conservata nell’uomo, tanto che, introducendo il gene umano omologo, è possibile correggere i difetti causati da mutazioni nel moscerino. Oggi si conosce molto della genetica di Drosophila: il suo genoma è stato completamente sequenziato e sono state indotte e isolate numerose mutazioni in geni che sono alterati in malattie umane. Al Bloomington stock centre – presso la stessa Università in cui ora lavora Kaufman – sono mantenuti 50.000 ceppi di moscerini diversi – tra questi vi sono modelli sperimentali per numerose patologie umane, come gravi malattie neurodegenerative (Alzheimer, Corea di Huntington, Parkinson). Per esempio, i moscerini denominati swiss cheese, sono caratterizzati da mutazioni genetiche che provocano la progressiva degenerazione nervosa, la morte delle cellule del cervello e la conseguente formazione di “buchi” (da cui il termine swiss cheese dall’inglese per “formaggio svizzero”).
Infine - ha spiegato Kaufman - utilizzando un semplice sistema molecolare preso a prestito dal lievito (il sistema UAS - Gal4) è possibile “forzare” l’espressione di geni in regioni precise del corpo dell’insetto e, osservando gli effetti, si può imparare molto sul loro ruolo di tali geni nello sviluppo di patologie umane.

Istituto Pasteur di Roma comprende le potenzialità degli studi condotti su Drosophila (che, in genere, hanno maggiori difficoltà nel trovare finanziamenti rispetto a quelli sui mammiferi) e, attualmente, finanzia quattro progetti di ricerca che fanno uso del moscerino come modello sperimentale (link alla sezione area di ricerca dell’Istituto)*:

• Analisi funzionale di morgana, un gene coinvolto nella divisione cellulare (Silvia Bonaccorsi)
• Analisi funzionale di CG40218, un gene di Drosophila necessario per l’organizzazione dei cromosomi (Patrizio Dimitri)
• Meccanismi genetici e molecolari di protezione dei telomeri in Drosophila (Maurizio Gatti).
• Stress, trasposoni ed evoluzione dei genomi (Sergio Pimpinelli)

 

*i progetti si svolgono presso il Dipartimento di Biologia e Biotecnologie C. Darwin di Sapienza Università

 

Il commento al seminario di Sergio Pimpinelli (Ricercatore di Istituto Pasteur e Sapienza Università di Roma)
Kaufman con il suo seminario ha bene illustrato i contributi fondamentali dati dalla Drosophila come sistema sperimentale nei campi della genetica, della biologia dello sviluppo, della genetica di popolazioni e dell'evoluzione. In questi ultimi anni, la Drosophila si è rivelata un ottimo modello sperimentale nel campo delle malattie umane incluso il cancro. Inoltre, molti laboratori studiano la Drosophila per capire i meccanismi della divisione cellulare, dell'organizzazione dei cromosomi e dei telomeri. Anche il laboratorio da me diretto usa il moscerino come modello sperimentale per studiare i meccanismi di attivazione dei trasposoni da parte di vari tipi di stress ambientali e la loro rilevanza per quanto riguarda l'evoluzione dei genomi.

 

I premi Nobel vinti da Drosophila
Gli studi sul colore degli occhi dell’insetto hanno permesso a T. Morgan di definire la teoria sull’ereditarietà dei geni e ricevere il prestigioso riconoscimento. H. Muller è stato onorato dello stesso premio per i suoi studi sugli effetti biologici delle radiazioni su Drosophila. Più recentemente, C. Nuesslein Volhand, E. Lewis ed E. Weischaus hanno ottenuto il Nobel per i loro studi sulla genetica dello sviluppo del moscerino. L’ultimo a ricevere il premio grazie a studi condotti su questo insetto è stato, nel 2011, J. Hoffman (per le sue scoperte sull’attivazione dell’immunità innata).

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

A LEZIONE DALLA NATURA
Sostanze di origine animale o vegetale analizzate per studiare la possibilità di un loro impiego in ambito farmacologico. Gli studi dei ricercatori di Istituto Pasteur di Roma

 

La natura è fonte di insegnamento per l'umanità che, da sempre, trae ispirazione dalla bellezza e dalla “perfezione” dei fenomeni naturali, imitandoli. La biomimetica, per esempio, è una disciplina che si rifà al comportamento della materia vivente per la realizzazione di nuove tecnologie: con in mente il volo degli uccelli, in passato Leonardo Da Vinci ha progettato macchine volanti; più recentemente, il sonar e il radar altro non sono che “copie” dei sistemi di rilevazione acustica di cetacei e pipistrelli. Il velcro, invece, nasce dall’osservazione microscopica del cardo alpino, in particolare di quella struttura che ne rende i fiori appiccicosi.
Dalla natura il genere umano ricava anche insegnamenti e sostanze preziosi in ambito medico. Tradizionalmente, la medicina cinese ricorre a composti naturali per accrescere il benessere di un individuo o curare determinate patologie. Seppure con un approccio diverso, anche la medicina occidentale si ispira alla natura, studiando a livello molecolare le proprietà di sostanze di origine animale o vegetale ed eventualmente valutando la possibilità di un loro impiego in ambito farmacologico. Un farmaco antinfiammatorio di uso comune come l’aspirina (acido acetilsalicilico), per esempio, è stato inizialmente sintetizzato a partire da una sostanza estratta dalla corteccia del salice. Il chinino è un’altra sostanza di origine naturale che è stata ampiamente utilizzata a fini terapeutici: estratta dalla corteccia dell’albero della china, è infatti efficace contro il plasmodium della malaria. Non sorprende, quindi, che numerosi centri di ricerca al mondo oggi dedichino le proprie risorse per studiare le proprietà di sostanze naturali e la loro interazione con le cellule umane e/o con agenti patogeni.

 

A lezione dalla natura. Gli studi dei ricercatori di Istituto Pasteur di Roma

 


Nel 2012 il gruppo guidato da Donatella Barra (Dipartimento di Scienze Biochimiche - Sapienza Università di Roma) ha condotto un progetto di ricerca finanziato da Istituto Pasteur – Fondazione Cenci Bolognetti. La ricerca ha permesso di chiarire il ruolo di peptidi secreti dalla pelle degli anfibi nei fenomeni di immunità innata. Considerata inizialmente propria di organismi meno evoluti (invertebrati e vertebrati inferiori), tale immunità è presente anche nei vertebrati superiori ed è stata ritenuta inizialmente un retaggio evolutivo: ora se ne comincia a comprendere bene il ruolo come componente essenziale del sistema immunitario globale. Nell’ambito di questa ricerca, Donatella Barra e Maria Luisa Mangoni hanno studiato, tra l’altro, un peptide, denominato temporina L (TL) , che difende gli anfibi contro un ampio spettro di microbi. Alla medesima concentrazione necessaria per questa sua attività antimicrobica, però, TL è tossico per le cellule di mammifero. A seguito di un accurato confronto della struttura di forme analoghe di TL, i ricercatori hanno dimostrato che, cambiando due aminoacidi, è possibile ottenere una sostanza con invariata efficienza antimicrobica e, al contempo, con limitata tossicità per l’uomo. Nel caso specifico, è stato osservato che il “nuovo” peptide TL, pur essendo innocuo per le cellule umane, conserva la capacità di “attaccare” Candida albicans (il fungo che, in soggetti immunodepressi, può proliferare e assumere connotazioni patologiche di varia gravità). Il lavoro - effettuato in collaborazione con i ricercatori delle università di Napoli e di Salerno - è pubblicato su Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes * e getta le basi per la produzione di nuovi farmaci selettivi contro C. albicans.

 

*P. Grieco, A. Carotenuto, L. Auriemma, M. R. Saviello, P. Campiglia,I. M. Gomez-Monterrey, L. Marcellini, V. Luca, D. Barra, E. Novellino, M. L. Mangoni “The effect of D-amino acid substitution on the selectivity of temporin L towards targetcells: Identification of a potent anti-Candida peptide” Biochimica et Biophysica Acta Sept 2012

 


Un altro studio condotto dai ricercatori di Istituto Pasteur di Roma approfondisce un tema di cui si discute molto: gli effetti sulle cellule del tè verde. Questa bevanda è ricca in polifenoli (nello specifico catechine). Le catechine si presentano sia in forma libera (l’epicatechina, EC) che legata all’acido gallico (epigallocatechina gallato, EGCG) e sono necessarie alla pianta del tè per allontanare microbi patogeni; a queste sostanze sono anche attribuite numerose proprietà benefiche per l’uomo, per esempio la capacità di interferire con i fenomeni di ossidazione che si verificano come conseguenza della respirazione cellulare.
Fabio Altieri (Dipartimento di Scienze Biochimiche – Sapienza Università di Roma) ha analizzato gli effetti delle catechine sulle funzioni di ERp57, una proteina coinvolta in vari processi fisiologici cellulari. Le numerose funzioni di ERp57 suggeriscono una sua implicazione in diverse manifestazione patologiche (cancro, Alzheimer ed epatiti) e ne fanno un possibile bersaglio farmacologico per la cura di tali malattie. Data la capacità di ERp57 di interagire con diverse proteine e considerati i numerosi effetti che le catechine possono avere sulle funzioni biologiche, Altieri e collaboratori si sono domandati se ERp57 fosse in grado di legare le sostanze naturali e se ciò potesse avere degli effetti sulla sua conformazione e funzione. I risultati mostrano che EGCG lega ERp57 modificandone l’attività (interferendo con l’azione antiossidante e con la capacità di legare il DNA). La ricerca - pubblicata a novembre su Biochimica et Biophysica Acta** - contribuisce a capire meglio i meccanismi molecolari alla base dell’attività biologica delle catechine e suggerisce la possibilità di utilizzare queste sostanze di origine naturale in terapie che richiedono l’inibizione di ERp57.

 

**L. Trnkova, D. Ricci, C. Grillo, G. Colotti, F. Altieri “Green tea catechins can bind and modify ERp57/PDIA3 activity” Biochimica et Biophysica Acta Nov 2012

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

AUTOFAGIA. Manuale di sopravvivenza cellulare

Le cellule ne fanno uso da milioni di anni, tutti noi ne abbiamo bisogno sin dalla nascita, relativamente da poco gli scienziati cominciano a capirne il coinvolgimento in salute e in malattia: è l’autofagia. Con questo termine derivato dal greco (auto: propria e phagy: digestione) ci si riferisce al processo attraverso il quale, per sopravvivere alle più svariate condizioni di stress, le cellule si nutrono di porzioni di sé stesse. Lo ha spiegato lo scorso dicembre Gian Maria Fimia (Istituto Nazionale Malattie Infettive “Lazzaro Spallanzani” Roma) in occasione della giornata scientifica 2012 dell’Istituto Pasteur (scarica il report della giornata).

 

Per mantenersi in salute le cellule devono essere “pulite”, libere da tossine presenti sotto forma di sostanze di scarto, organelli danneggiati o patogeni. Mediante l’autofagia gli “eccessi” tossici sono degradati e trasformati in “carburante” per alimentare le funzioni vitali cellulari. È così, divorando parti di sé, che le cellule riescono a sopravvivere anche in condizioni avverse come il digiuno forzato (starvation). Nel corso del processo autofagico, selezionate sostanze o strutture cellulari sono sequestrate in piccoli compartimenti (gli autofagosomi) e condotte nei lisosomi dove, grazie alla presenza di enzimi litici, sono degradate e “digerite”.

 

Studi recenti hanno dimostrato che l’autofagia è implicata in numerosi processi fisiologici come l’apoptosi, lo sviluppo e il differenziamento e riveste un ruolo fondamentale nel proteggere da invecchiamento cellulare, tumorigenesi, neurodegenerazione e infezione. Non sorprende, quindi, che i difetti nel macchinario autofagico siano alla base di numerose patologie. Per comprendere il ruolo dell’autofogia in salute e in malattia i ricercatori sono andati a lezione da topi Knock Out: animali generati a partire da cellule a cui sono stati eliminati uno o più geni specifici. Gli organismi KO rappresentano un modello essenziale per l’analisi della funzione genica e per lo studio di malattie causate dall’assenza di uno specifico gene. Topi KO per geni che regolano l’autofagia (Atg: Autophagy related genes) muoiono subito dopo la nascita. Ciò dimostra che tale processo è essenziale perché le cellule possano sopravvivere a una delle prime forme di starvation, quell’improvvisa assenza di nutrimento che l’organismo subisce alla nascita. Non solo. Dell’autofagia c’è bisogno ancora molto prima, durante le fasi di sviluppo dell’embrione pre-impianto, poche ore dopo la fertilizzazione: la primissima forma fisiologica di starvation.

 

Sebbene l’autofagia intervenga nel mantenere “sazie” e sane tutte le cellule dell’organismo, particolarmente importante sembra essere il ruolo che questo processo riveste nel cervello. La soppressione dell’autofagia nelle cellule nervose può causare malattie neurodegenerative che conducono alla morte: la Corea di Hungtinton, il morbo di Alzheimer e di Parkinson sono patologie caratterizzate dall’accumulo di strutture o sostanze difettose che, se non sono opportunamente eliminate, divengono tossiche per le cellule del cervello causando gravi disturbi. Di recente i ricercatori hanno cominciato a svelare il ruolo della mitofagia (una distinta forma di autofagia specifica per “pulire” le cellule dai mitocondri danneggiati) nel mantenimento della vitalità cellulare, gravemente compromessa in molte patologie degenerative, per esempio il morbo di Parkinson.

 

Questi studi gettano basi fondamentali per progettare terapie per le patologie neurodegenerative (ma non solo): sostanze che inducono l’autofagia ripristinano o accelerano la pulizia delle cellule dalle sostanze tossiche, rimettendole in salute. A questo proposito sono stati avviati studi clinici per verificare l’efficacia di farmaci pro-autofagia nel migliorare le condizioni di pazienti affetti da Corea di Huntington.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

PAPILLOMA VIRUS: BIOLOGIA, CORRELAZIONE CON I TUMORI E PREVENZIONE
L’infezione da Papilloma virus è considerata una delle cause primarie nell’insorgenza di tumori, come il cancro della cervice uterina, molto diffusi soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Da qualche anno è disponibile il vaccino contro alcuni dei ceppi più pericolosi del virus. Si tratta di un metodo preventivo efficace? Chi ne usufruisce? È quanto si è discusso nel corso di un incontro tenutosi in occasione della Settimana della cultura cipriota in Italia e promosso dall’Istituto Pasteur (Roma) e dall’Istituto di Neurologia & Genetica (Cipro)

 

Il primo a fornire la prova che i virus potessero avere un ruolo significativo nell'insorgenza del cancro fu, nei primi anni del '900, Peyton Rous. Analizzando un raro tumore dei polli, lo scienziato fu in grado di dimostrare che a indurlo era un proprio un virus: la ricerca valse a Rous il premio Nobel per la medicina nel 1966. Oggi sappiamo che, sebbene non tutte le infezioni virali siano associate a trasformazione neoplastica, alcuni virus possono causare tumori specifici nell'uomo. Più precisamente, circa il 15% di tutti i tumori può essere collegato a un’infezione virale e un altro 5% è attribuibile a infezioni batteriche e da parassiti.
Tra i virus responsabili di tumori nell'uomo è il papilloma virus (HPV, Human Papilloma Virus). Il ruolo di HPV nello sviluppo del cancro della cervice (in generale degli epiteli squamosi) è stato scoperto nel 1976 dal medico tedesco Harald Zur Hansen, per questo premiato con il Nobel nel 2008: l'aver individuato la causa dei tumori degli epiteli squamosi ha fornito gli strumenti per studiare metodi preventivi e/o progettare una cura. Proprio di questo si è discusso all'incontro, tenutosi mercoledì 3 ottobre presso la sala Technotown di Villa Torlonia (Roma), organizzato nell'ambito della manifestazione Settimana della cultura cipriota in Italia. Anna Teresa Palamara (professoressa di microbiologia alla Sapienza - Università di Roma e membro della Direzione Scientifica dell’Istituto Pasteur) e Christina Christodoulou (direttrice del dipartimento di virologia molecolare dell’Istituto di Neurologia & Genetica di Cipro) si sono alternate per spiegare in che modo il virus sia in grado di innescare la proliferazione cellulare che conduce al cancro, per presentare dati relativi alla diffusione dei tumori indotti da HPV nel mondo e, infine, per discutere l’efficacia della vaccinazione come metodo preventivo.

 

Papilloma Virus umani – ha spiegato Anna Teresa Palamara – sono una famiglia di virus di piccole dimensioni che comprende oltre 100 diversi genotipi, ognuno associato a un diverso grado di rischio di sviluppare un cancro degli epiteli squamosi: basso, medio, alto o sconosciuto. Alcuni HPV danno luogo a malattie proliferative benigne della pelle o delle mucose (verruche o condilomi), mentre altri tipi correlano con manifestazioni maligne (il cancro della mucosa anale, del pene e il cancro testa collo). In particolare, i tipi HPV-16 e HPV-18 sono tra i più studiati perché considerati responsabili del cancro della cervice uterina. Questi virus si trasmettono per via sessuale: in presenza di piccoli traumi entrano attraverso la pelle e invadono le cellule dell’epitelio all’interno delle quali si replicano, rendendo l'individuo capace di infettare. Con 500.000 nuovi casi all'anno il cancro della cervice - ha aggiunto Christina Christodoulou - è il secondo tipo di tumore più comune nelle donne (dopo quello della mammella) e causa di morte fra le giovani, specialmente nei paesi in via di sviluppo, dove i controlli e le tecniche di prevenzione sono ancora poco diffusi.

 

Quali sono le basi molecolari dell'associazione fra HPV e cancro?
Tutta l’informazione necessaria per lo svolgimento delle funzioni vitali di HPV è scritta in una molecola di DNA racchiusa in un involucro proteico (capside) formato da due proteine che, interagendo a formare tipiche strutture a forma di stella, costituiscono una sorta di “impronta digitale” che caratterizza i diversi tipi di HPV. Il genoma virale produce, inoltre, le proteine E: sono queste le più pericolose per l'uomo perché capaci di innescare i processi molecolari che conducono alla trasformazione tumorale. Attraverso le proteine E il virus interferisce con la cellula ospite, alterando i meccanismi endogeni che tengono sotto controllo la sua proliferazione. All’interno delle nostre cellule, infatti, vi sono dei sistemi di controllo (checkpoints) costituiti da proteine “sentinella” che hanno il compito di fermare la proliferazione cellulare quando non è più necessaria. Altre proteine svolgono, invece, il ruolo di "giudice" e intervengono qualora le cellule siano sfuggite al primo checkpoint per indurre la morte cellulare programmata (o apoptosi) di cellule difettose o danneggiate. In particolare, la proteina virale E7 interagisce con la “sentinella” E2F, causandone la degradazione; un’altra proteina (E6) interferisce con il “giudice” p53, impedendone la funzionalità. Questi eventi molecolari, scatenati dall’infezione, provocano quindi la trasformazione delle cellule e l’inizio (asintomatico) delle lesioni precancerose.

 

Come si può prevenire il cancro della cervice uterina?
I casi di insorgenza del tumore possono essere monitorati attraverso controlli periodici effettuati dal ginecologo attraverso una tecnica, il PAP test, in grado di valutare l’eventuale presenza di cellule anormali: il segno premonitore del cancro. Tali cellule possono essere rimosse grazie a piccoli interventi che attaccano il tumore alla radice, anche molti anni prima che possa degenerare nella sua forma più aggressiva. Proprio grazie al PAP test si è verificata una riduzione dell'incidenza del cancro della cervice nei paesi occidentali, dove la cultura (e la fruibilità) dei controlli preventivi è più diffusa. Da qualche anno, inoltre, sono disponibili vaccini contro i principali ceppi di HPV che causano il tumore: il Cervarix (bivalente, cioè composto da proteine “importa digitale” dei ceppi HPV-16 e HPV-18) e Cardasil (quadrivalente, composto dalle proteine dei ceppi 6/11/16 e 18). Si tratta di vaccini preventivi, senza alcuna efficacia terapeutica (un vaccino terapeutico diretto contro le cellule cancerose è, invece, in via di sperimentazione). Per poter essere efficace il vaccino preventivo deve essere somministrato prima dell'esposizione al virus, quindi prima dell'inizio dell'attività sessuale. In Italia, dal 2008, il Ministero della Salute ha pianificato una strategia di vaccinazione pubblica che interessa le bambine dai 12 anni di età. Il vaccino è somministrato in tre dosi che possono proteggere dall’infezione fino a cinque anni; non è stato ancora possibile accertarne l’efficacia preventiva al di là di questo periodo. In alcuni paesi, inoltre, è stata anche approvata la campagna di vaccinazione dei maschi: un accorgimento che potrebbe contribuire ad abbassare ulteriormente l’incidenza del cancro indotto dai quattro ceppi principali di HPV.

 

La vaccinazione è veramente efficace?
La sperimentazione condotta su modello animale ha confermato la sicurezza e l’efficacia del vaccino nel contrastare l’infezione da HPV e prevenire così l’insorgenza dei tumori. Anche per quanto riguarda l’uomo gli studi indicano che la vaccinazione è sicura e correla con la ridotta incidenza del cancro della cervice uterina. È doveroso, però, sottolineare che tale sperimentazione è stata possibile grazie ai finanziamenti di case farmaceutiche, le stesse che producono i vaccini. Questo ha dato origine a numerose discussioni sulla reale efficacia delle campagne di vaccinazione e il tema rimane di grande attualità. Da una parte, ci si domanda se i costi per la vaccinazione siano veramente giustificati, soprattutto in considerazione del fatto che, se ben condotto, il PAP test è in grado di dare una diagnosi estremamente precoce del cancro, in base alla quale è possibile una rimozione chirurgica efficace. D’altra parte non si può fare a meno di considerare che una vaccinazione su ampia scala proteggerebbe a priori dall’infezione dai quattro ceppi principali di HPV e, di conseguenza, dal rischio di sviluppare del tutto le lesioni precancerose. Altro motivo di riflessione è il fatto che il vaccino è oggi disponibile solo nei paesi occidentali, dove l’incidenza del cancro della cervice è già ampiamente ridotta grazie al PAP test e a una maggiore sensibilizzazione verso l’utilizzo del preservativo. Al contrario, i paesi in via di sviluppo, in cui la malattia è ancora molto diffusa, ne sono sprovvisti: è questo senz’altro un problema di cui è doveroso occuparsi.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

EPIGENETICA. COSÌ LE CELLULE LEGGONO IL DNA
L’“architettura” del Dna influenza l’attività dei geni: lo ha spiegato Gary Felsenfeld del National Institute of Health al seminario organizzato dall’Istituto Pasteur

 

Non ci facciamo più caso ma, da qualche anno, l’utilizzo dell’acronimo DNA (dall’inglese per Acido DesossiriboNucleico) è sconfinato dall’ambito strettamente scientifico per penetrare nel linguaggio comune. Capita di frequente, infatti, di pronunciare frasi come «è scritto nel mio Dna» per descrivere ciò che più ci rappresenta. Eppure, gli ultimi avanzamenti scientifici indicano che ciò che siamo dipende anche dalla maniera in cui l’informazione contenuta nei geni è letta dalle cellule. A spiegarlo è stato Gary Felsenfeld, il direttore del laboratorio di biologia molecolare del National Institute of Health (Usa) che, su invito dell’Istituto Pasteur, ha tenuto un seminario a Roma. Di fronte ai numerosi ricercatori accorsi ad ascoltarlo, Felsenfeld ha esposto gli studi di una vita sulla relazione fra struttura del genoma ed espressione genica, concetti complessi che costringono a fare i conti con una scienza altrettanto complessa. Parliamo di epigenetica: lo studio dei fenomeni che, senza modificare ciò che è scritto nel Dna, imprimono un marchio sul genoma (epi in greco significa stare sopra) per impartire alla cellula le istruzioni su quando e come leggere determinati geni.

 

Ma prima occorre fare un passo indietro. Dieci anni fa si concludeva l’impresa del Progetto Genoma Umano che ha svelato l’alternanza delle “lettere” del nostro Dna, un totale di 3,2 miliardi di A, T, C e G: i composti chimici (basi azotate) Adenina, Timina, Citosina e Guanina. La sequenza in cui questi composti si susseguono forma il libro della vita, costituito da 25.000 geni, letti dalle cellule per produrre proteine essenziali al proprio funzionamento. Il sequenziamento del genoma è stato un traguardo fondamentale: in campo medico, confrontando la sequenza di individui sani e malati è possibile identificare la causa di malattie genetiche e progettare cure. Oggi sappiamo che non tutto, però, è svelato dall’ordine di A, T, C e G; molto dipende anche da come la sequenza si presta a essere letta dalle cellule.

 

All’interno del nucleo cellulare - ha spiegato Felsenfeld - il Dna è organizzato in “elementi architettonici”: avvolto attorno a “impalcature” (proteine chiamate istoni), forma strutture complesse che, insieme ad altri elementi, costituiscono i cromosomi. Modifiche chimiche (epigenetiche) degli istoni inducono il materiale genetico ad allentare o restringere la presa attorno a queste impalcature e ciò determina il grado di attivazione dei geni. Le porzioni meno strette, come un libro aperto, sono disponibili alla lettura e quindi all’espressione dei geni che vi sono localizzati. Le regioni compatte, invece, sono chiuse e i geni presenti, con un fenomeno che i ricercatori definiscono di “silenziamento genico”, non possono essere letti dalla cellula. Disseminati nel genoma - ha spiegato ancora Felsenfeld - sono poi una serie di elementi isolanti che, come barriere architettoniche, impediscono che il grado di compattamento di una regione si espanda alle sequenze vicine e attivi o silenzi in maniera indiscriminata i geni. L’architettura del genoma permette così la raffinata regolazione dell’espressione genica.

 

I meccanismi epigenetici sono numerosi e svolgono un ruolo fondamentale durante lo sviluppo e la vita adulta. Molto spesso sono orchestrati dall’ambiente: abitudini alimentari, fumo, alcol e stress, possono “marchiare” il genoma e cambiare la maniera in cui è letto. Gli studi sull’epigenetica, al pari di quelli sulla sequenza del Dna, sono fondamentali per la medicina. Malattie identiche sotto il profilo genetico (causate dallo
stesso difetto di scrittura nel Dna) possono invece avere diverse caratteristiche epigenetiche (i geni alterati possono essere più o meno espressi). È così svelato il motivo per cui malati affetti dalla stessa patologia rispondono diversamente alle cure. Gli studi sono allora volti a una migliore gestione del paziente e alla progettazione di “farmaci epigenetici” a misura di malato, volti a correggere i difetti di lettura dei geni. A questi argomenti Parliamo di Scienza dedicherà altri approfondimenti. Continuate a seguirci!

 

I progetti finanziati dall’Istituto Pasteur: 
Nell’ambito del canale di ricerca Genetica molecolare degli eucarioti, l’Istituto Pasteur finanzia numerosi progetti sull’epigenetica. In generale, gli studi sono volti a comprendere i meccanismi base di regolazione dell’espressione dei geni e le alterazioni che intervengono in caso di patologia. Presso il dipartimento di biotecnologie cellulari ed ematologia il gruppo guidato da Paola Caiafa studia un enzima (Parp-1) e la sua capacità di regolare l’espressione genica imprimendo un marchio sul genoma. Al dipartimento di biologia e biotecnologie “Charles Darwin” per i loro studi i ricercatori utilizzano organismi modello - il moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) e il lievito della birra (Saccharomyces cerevisiae) - grazie ai quali è possibile studiare, in maniera relativamente semplice e veloce, le basi genetiche dello sviluppo e la regolazione dell’espressione genica. Utilizzando Drosophila, Sergio Pimpinelli studia i processi di silenziamento genico, mentre Patrizio Dimitri analizza il ruolo di una famiglia di proteine nell’organizzazione della struttura dei cromosomi. Mediante osservazioni sperimentali sul lievito, invece, Rodolfo Negri analizza il ruolo degli apparati che regolano la degradazione proteica nell’organizzazione dell’“architettura” del Dna e proteine, mentre Giorgio Camilloni studia in che modo i meccanismi epigenetici possano intervenire per impedire i processi, caratteristici di malattie come i tumori, di rottura e riarrangiamento del Dna. Questi studi gettano le basi per l’individuazione di “farmaci epigenetici” per il trattamento di tali patologie.
Presso il dipartimento di biotecnologie cellulari ed ematologia, il gruppo guidato da Giuseppe Zardo analizza fattori coinvolti nell’attivazione e silenziamento genico durante l’ematopoiesi (la “fabbrica” di cellule del sangue), e come questi - se deregolati - possano causare leucemia. I ricercatori del laboratorio di Marco Lucarelli, infine, si occupano di terapia genica – la metodologia volta al trattamento di patologie genetiche tramite la sostituzione del gene difettoso con quello sano. In particolare, Lucarelli studia come i meccanismi epigenetici possano determinare la buona o cattiva integrazione del gene terapeutico nell’organismo.

 

categoria: