Studio del ruolo dei microRNA e delle cellule staminali tumorali nell

Progetto di ricerca: “Studio del ruolo dei microRNA e delle cellule staminali
tumorali nell’osteosarcoma umano”
Responsabile: Prof.ssa Maria Luisa Brandi
Background e razionale del progetto
L’osteosarcoma è la più comune neoplasia maligna ossea che colpisce ogni anno 6 giovani ed
adolescenti e 2 adulti ogni milione di persone. Gli osteosarcomi sono tumori molto aggressivi, e,
nonostante i trattamenti disponibili siano migliorati negli ultimi anni, la sopravvivenza a 5 anni
rimane inferiore al 55% con circa il 90% dei pazienti che presenta micro metastasi alla diagnosi.
Oggi l’osteosarcoma rimane la seconda causa di morte tra i tumori che colpiscono i bambini e gli
adolescenti e quindi c’è una grande necessità di sviluppare quanto prima nuove terapie per ridurre la
morbilità e la mortalità dei pazienti affetti. Terapie molecolari specifiche dirette contro le molecole
coinvolte nella tumorigenesi dell’osteosarcoma potrebbero rappresentare nuovi potenziali efficaci
trattamenti per questa aggressiva neoplasia. La complessa instabilità genomica dell’osteosarcoma,
la presenza in questo tumore di un ampio spettro di alterazioni genetiche ed epigenetiche e la rarità
dei campioni biologici disponibili per le ricerche scientifiche hanno fino ad oggi reso difficoltosa
l’identificazione delle cause che predispongono allo sviluppo di osteosarcoma. Recenti evidenze
sperimentali sembrano sempre più suggerire che l’osteosarcoma origini dalle cellule staminali
mesenchimali (MSCs) attraverso una serie di variazioni genetiche ed epigenetiche che in ultima
analisi risultano nella perdita della differenziazione osteoblastica terminale.
Recentemente cellule staminali tumorali (CSCs) con caratteristiche tipiche delle cellule MSC preosteoblastiche sono state scoperte nell’osteosarcoma. La teoria delle cellule staminali tumorali
afferma che nei tumori esista una piccola sottopopolazione di cellule staminali, denominate CSCs,
che hanno la capacità di auto-rinnovarsi, di differenziare e che costituiscono il nucleo del tumore.
Queste cellule hanno le stesse caratteristiche delle cellule staminali normali e possono originarsi
dalla trasformazione in senso maligno di cellule staminali pre-esistenti o da alterazioni genetiche ed
epigenetiche che inducono la dedifferenziazione e la riacquisizione delle caratteristiche di
staminalità da parte di cellule differenziate. Le CSCs sono responsabili della crescita del tumore e,
se non completamente eliminate con la chirurgia o con la chemio- o la radioterapia, possono dare
origine a recidive o metastasi. Inoltre, le CSCs sono fortemente sospettate di essere le responsabili
della resistenza di molti tumori, come ad esempio l’osteosarcoma, alla chemio- ed alla radioterapia.
Caratteristiche tipiche di queste cellule, quali la quiescenza, l’aumentata capacità di riparare i danni
al DNA e la notevole resistenza all’apoptosi sono tra i fattori responsabili della loro resistenza alle
attuali terapie anti-cancro. Dopo la chemio- o la radioterapia le CSCs possono sopravvivere,
crescere, differenziarsi e formare un nuovo tumore primario o dare origine a metastasi. Quindi
disegnare terapie mirate specifiche contro queste cellule è indispensabile per l’eradicazione
completa e definitiva dei tumori. Gli osteosarcomi, in particolare, sono tumori estremamente
resistenti alle attuali terapie anti-tumorali, anche quelle particolarmente aggressive, e questo fa
sospettare un ruolo importante delle CSCs nel loro sviluppo e nella loro enorme malignità e
recidività. Individuare le CSCs all’interno degli osteosarcomi e riconoscere le molecole che
caratterizzano queste cellule sarà utile per disegnare terapie mirate all’eliminazione di queste cellule
tumorali ma non delle cellule staminali normali del tessuto.
Recentemente una popolazione di CSCs, caratterizzate dall’espressione dei marcatori di superficie
tipici delle MSCs ossee e dall’espressione di Oct 3/4 e Nanog due fattori di trascrizione tipici delle
cellule staminali embrionali (ESCs), è stata identificata nell’osteosarcoma. L’espressione, da parte
di queste cellule, di Oct 3/4 e Nanog suggerisce che questi due fattori possano avere un ruolo
importante nel mantenimento delle loro capacità staminali e di conseguenza nello sviluppo
dell’osteosarcoma. L’identificazione dei fattori che regolano l’espressione di tali geni (i.e.
microRNAs) associati al fenotipo staminale delle cellule CSCs nell’osteosarcoma potrebbe aiutare a
comprendere i meccanismi che regolano la tumorigenesi in questa neoplasia ossea. Tutte queste
molecole potrebbero rivelarsi utili marcatori diagnostici o prognostici ed anche importanti bersagli
molecolari per lo sviluppo di terapie mirate a colpire le cellule CSCs non-proliferanti e resistenti
alle attuali terapie anti-cancro.
Obbiettivi dello studio
Il presente progetto ha come scopo principale quello di identificare le CSCs all’interno del tessuto
di osteosarcoma umano, isolarle e metterle in coltura al fine di poterne studiare le caratteristiche
cellulari e molecolari ed individuare caratteristiche peculiari e/o marcatori genetici e molecolari che
le contraddistinguano dalle altre cellule dell’osteosarcoma e che possano quindi essere utilizzati
quali possibili bersagli molecolari per il futuro disegno di terapie, geniche e/o basate sull’RNA,
mirate contro le CSCs.
Nello specifico obbiettivi generali dello studio sono:
A) Raccolta di campioni umani di osteosarcoma da soggetti donatori che si siano sottoposti a
resezione chirurgica di tale tumore
B) Localizzazione delle nicchie di CSCs all’interno del tessuto di osteosarcoma mediante marcatura
immunoistochimica al fine di verificare una eventuale loro peculiare distribuzione nel tessuto
tumorale stesso
C) Isolamento e messa in coltura di linee cellulari staminali tumorali da osteosarcomi umani per
essere utilizzate per studiare il ruolo di queste cellule nello sviluppo, malignità e recidività di questa
neoplasia. Caratterizzazione del fenotipo staminale mediante: 1) valutazione della capacità di
crescita in sarcosfere; 2) analisi di espressione dei marcatori di staminalità
D) Analisi del profilo di espressione dei microRNA (miRNA) e successive analisi funzionali di tali
miRNA, nelle linee cellulari di CSCs isolate da osteosarcoma, per l’identificazione di eventuali
miRNA coinvolti nella staminalità cellulare che potranno rivelarsi possibili nuovi bersagli
molecolari per il disegno di nuove terapie di questa neoplasia.
La Responsabile della Ricerca
Prof.ssa Maria Luisa Brandi