TITOLO
La malattia di Parkinson: studio dei geni potenzialmente coinvolti nei processi di
neurodegenerazione
TUTOR
Raffaella Casadei - SSD BIO/13
PROGETTO DI RICERCA
La malattia di Parkinson (MP), è una delle malattie neurodegenerative più diffuse, causata dalla
progressiva degenerazione dei neuroni dopaminergici della parte compatta della Sostanza Nera
(SN), una regione del cervello che produce il neurotrasmettitore dopamina.
Da un punto di vista clinico e genetico la MP si presenta come una patologia estremamente
eterogenea. Ad oggi, sono stati identificati diversi geni correlati alle forme monogeniche di MP,
nonché numerosi loci di suscettibilità che potrebbero contribuire ad aumentare il rischio di
sviluppare la patologia. (Gasser et al, 2011)
Attualmente, la terapia della MP è solo di tipo sostitutivo, finalizzata a compensare la carenza di
dopamina striatale attraverso l’impiego di farmaci come la levodopa e gli agonisti dopaminergici; le
sempre più approfondite conoscenze in ambito genetico hanno, comunque, potenziato gli studi di
nuove molecole in grado di prevenire o rallentare la degenerazione neuronale (Kalia et al., 2015).
Scopo del presente progetto, in cui si potrà inserire l’attività oggetto della borsa di studio, è quello
di contribuire ad una migliore definizione dei geni e dei pathways molecolari potenzialmente
alterati durante la patogenesi della MP.
L’attività di ricerca svolta dal borsista si collocherà come fase finale di un recente lavoro di metaanalisi della variabilità di espressione genica globale, in campioni di pazienti affetti da MP e relativi
controlli, condotto dalla dott.ssa Casadei.
Durante la fase iniziale del progetto l’analisi bioinformatica, realizzata mediante l’utilizzo del
software TRAM (Transcriptome mapper; Lenzi et al., 2011), ha permesso di produrre mappe
cromosomiche di espressione a partire da dati di analisi genica globale ottenuti con il metodo dei
microarray, identificando regioni cromosomiche e geni con una alterata espressione tra pazienti
affetti da MP e relativi controlli.
I risultati fin qui ottenuti ed elaborati confermano per lo più la deregolazione di geni implicati in
funzioni cellulari chiave (metabolismo energetico dei mitocondri, degradazione delle proteine,
funzioni sinaptiche), così come in meccanismi di sopravvivenza (sistema immunitario, risposta allo
stimolo); inoltre, sottolineano la variabilità di nuovi loci e trascritti non codificanti (ncRNA) non
ancora associati alla patologia (Mariani et al., in revisione per PLOSone)
Il proseguimento dello studio prevede l'indagine approfondita dei principali risultati ottenuti con la
meta-analisi, al fine di individuare nuovi meccanismi deregolati nella patologia.
Piano formativo ed obiettivo del progetto
A partire dai risultati statisticamente significativi ottenuti dalla meta-analisi con il software TRAM,
saranno condotti esperimenti di Real-Time Quantitative PCR per la conferma dei profili di
espressione in campioni di cervello di pazienti PD e controlli e/o modelli cellulari della patologia.
Il borsista potrà essere coinvolto a partire dalle prime fasi di selezione dei geni da validare e studio
approfondito della letteratura relativa.
In seguito saranno progettati primers specifici da utilizzare negli esperimenti di Real Time-PCR,
che verranno poi condotti su modelli cellulari rappresentativi della patologia, quali la linea cellulare
SH-SY5Y trattata con 6-OHDA, oltre che su tessuti patologici umani post-mortem.
Al momento, sono già state contattate le principali BioBanche italiane ed europee (Parkinson
Institute Biobank - http://www.parkinsonbiobank.com - Parkinson's Tissue Bank http://www.parkinsons.org.uk/content/parkinsons-uk-brain-bank ) per il reperimento dei campioni.
In una fase successiva il borsista potrà partecipare anche alla messa a punto di successivi
esperimenti di analisi funzionale, quali silenziamento genico o sovraespressione. Questi verteranno
sulla progettazione di specifici costrutti molecolari in grado di inibire o sovraesprimere i trascritti
selezionati che in seguito verranno inseriti, mediante tecniche di trasfezione, in modelli cellulari di
neuroni e cellule gliali, quali 1321N1, THP-1 e SH-SY5Y, per valutare gli effetti di gain e loss of
function. Parallelamente ai costrutti si potranno utilizzare piccoli RNA sintetici (siRNA, small
interfering RNA) complementari alle sequenze di interesse e in grado di interferire con la
trascrizione/traduzione del gene.
Il piano di formazione proposto, da svolgersi presso il Dipartimento di Scienze per la Qualità della
Vita con sede a Rimini, è rivolto a neo-laureati in campo farmaco-biologico (laurea Triennale o
Magistrale in discipline coerenti con l’obiettivo del progetto).
In particolare, l’esperienza contribuirà all’acquisizione delle principali tecniche di biologia
molecolare e cellulare, utili allo studio e all’identificazione di nuovi target molecolari coinvolti nei
meccanismi di neurodegenerazione.
Bibliografia
Gasser T, Hardy J, Mizuno Y. Milestones in PD genetics. Movement Disorders. 26:1042-1048,
2011.
Kalia LV, Kalia SK, Lang AE. Disease-modifying strategies for Parkinson's disease. Mov Disord.
30(11):1442-50, 2015.
Lenzi L, Facchin F, Piva F, Giulietti M, Pelleri MC, Frabetti F, Vitale L, Casadei R, Canaider S,
Bortoluzzi S, Coppe A, Danieli GA, Principato G, Ferrari S, Strippoli P. TRAM (Transcriptome
Mapper): database-driven creation and analysis of transcriptome maps from multiple sources. BMC
Genomics.12:121, 2011.
Elisa Mariani, Flavia Frabetti, Andrea Tarozzi, Maria Chiara Pelleri, Fabrizio Pizzetti, Raffaella
Casadei. Meta-Analysis of Parkinson's Disease Transcriptome Data Using TRAM Software: whole
substantia nigra tissue and single dopamine neuron differential gene expression. In revisione per
PLOSone.
