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Relazione finale Dr. Umberto di Porzio, Dirigente di Ricerca CNR in Neuroscienze.
Fruitore e proponente STM program, CNR. King’s College London 24/10/09-15/1/10
Durante la vita embrionale nascono circa 100 miliardi di cellule nervose, derivate da cellule
staminali neurali, cellule multipotenti che possono generare qualsiasi tipo di cellula neurale. Tra
esse vi sono centinaia se non migliaia di tipi di neuroni - diversi per forma, connettività e chimica e
cellule gliali. Questa diversità di forma, o fenotipo, è essenziale per la formazione e il
funzionamento del sistema nervoso. L’istruzione e il mantenimento del fenotipo richiede che
particolari gruppi di geni vengano attivati, mentre altri rimangano silenti. L'attività di ogni gene è
regolata da fattori di trascrizione (FT) - proteine che si legano a specifici siti del DNA ed agiscono
come interruttori on/off- di geni e/o microRNA - piccole molecole di RNA che spengono
l'espressione genica destabilizzando l’mRNA o bloccandone la traduzione.
Un tale interrutttore studiato nel laboratorio ospitante è REST, FT multifunzione che reprime o
silenzia molti geni in cellule neurali e non neurali. Esso è anche necessario per l'embriogenesi del
cuore, così come per il differenziamento delle cellule staminali neurali. La regolazione di REST e
dei suoi geni bersaglio ha un ruolo importante in diverse condizioni neuropatologiche, compresa la
risposta agli insulti ischemici, epilessia, sindrome di Down, malattia di Huntington (HD) ed altre
malattie neurodegenerative (morbo di Parkinson, PD) come in alcuni tumori cerebrali.
Nel laboratorio ospitante del Prof. Buckley sono stati utilizzati approcci bioinformatici per
identificare tutti i potenziali siti di legame di REST e di geni bersaglio su più genomi dei vertebrati.
Utilizzando immunoprecipiatazione della cromatina (ChIP) associata a DNA microarrays Buckley e
collaboratori sono in grado di identificare i geni bersaglio di REST attivi ed in quale tipo di cellula
e, inoltre, di mappare la firma epigenetica intorno ai siti di legame di REST. In combinazione con la
manipolazione e la misurazione di espressione genica nel labopratorio si sta costruendo un profilo
dei cofattori e modificazioni della cromatina associati a ciascun sito per REST. L'applicazione di
questo approccio permette di affrontare diverse questioni fondamentali: Quanti siti REST attivi ci
sono nell'intero genoma? Quali geni sono regolati ed in quali tipi di cellule? Come varia questa
regolazione nei diversi tipi cellulari.
Nel periodo da me trascorso nel laboratorio al King’s College abbiamo iniziato a rispondere a
quet’ultima domana applicando tali approcci a cellule staminali neurali, per studiare i cambiamenti
epigenetici che determinano differenziazione di neuroni e/o glia. Abbiamo applicato questo
approccio anche allo studio di alterazioni trascrizionali nel corso di malattie neurologiche. Per
questi studi inizialmente ci siamo concentrati sulle interazioni tra REST e huntingtina,
un’interazione che viene interrotta in presenza dell'allele mutante nella malattia di Huntington (HD)
con diminuita espressione di specifici geni, come Bdnf. Il BDNF è un fattore neurotrofico
essenziale per la sopravvivenza dei neuroni dello striato, colpiti nella HD, e dei neuroni
mesencefalici dopaminergici (mDA), colpiti nel PD. Nel mio laboratorio all’IGB abbiamo già
identificato essenziali meccanismi trascrizionali che regolano lo sviluppo dei neuroni mDA e che
potrebbero essere alterati nel PD, in particolare il FT Nurr1 e il suo gene bersaglio bdnf. Questo
approccio apre nuove prospettive sulla disfunzione trascrizionale in malattie neurodegenerative, ed
in seguito permetterà di identificare nuovi biomarcatori e bersagli terapeutici per HD e PD.
Umberto di Porzio