Panoramica
La localizzazione degli RNA messaggeri (mRNA) consente a una cellula di limitare determinate proteine a domini subcellulari specifici. Nei neuroni, questo processo contribuisce in modo critico alla plasticità sinaptica a lungo termine e quindi alle funzioni cerebrali superiori come l'apprendimento e la memoria. I componenti chiave del macchinario di trasporto dell'mRNA, i cosiddetti “trans-acting factors”, sono conservati in tutte le specie: tra questi la proteina Staufen (Stau) che lega l'RNA, le proteine ZBP (zipcode binding proteins) e le ribonucleoproteine nucleari eterogenee (hnRNPs). Una caratteristica fondamentale della localizzazione dell'mRNA è che il trascritto deve essere mantenuto silente dal punto di vista traduzionale durante il suo trasporto verso il compartimento di destinazione. Come conseguenza, il trasporto dell'RNA e il controllo della sua traduzione sono strettamente regolati. In molti casi, la perdita di un componente del macchinario di trasporto o l'errata espressione di uno specifico mRNA, infatti, provoca anomalie durante lo sviluppo neuronale (ad esempio nella crescita assonale e dendritica o nello sviluppo delle spine dendritiche). Questi fenotipi sono stati recentemente correlati a diversi disturbi neurologici come la sindrome di Down, la sindrome di Rett e la sindrome da ritardo mentale dell'X fragile, nonché l'atrofia muscolare spinale.
Direzioni della ricerca
Il nostro gruppo è interessato a comprendere i meccanismi molecolari della localizzazione dell'RNA nei neuroni. Vogliamo identificare quali proteine si legano agli mRNA e li trasportano nei dendriti e alle sinapsi. Per studiare questo problema, combiniamo tecniche di neurobiologia molecolare e cellulare con la fluorescenza e la video-microscopia time-lapse per visualizzare i movimenti di proteine e RNA nelle cellule viventi.
Queste conoscenze saranno fondamentali per comprendere meglio la patogenesi delle malattie neurologiche.
I progetti specifici sono:
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Caratterizzazione delle proteine Pumilio (Pum) nei neuroni di mammifero
Abbiamo identificato Pum2 come un nuovo componente del macchinario di trasporto e traduzione dell'RNA nei neuroni. Attualmente stiamo studiando la funzione delle proteine Pum nei neuroni e il loro ruolo nel trasporto dell'mRNA e nel controllo traslazionale. -
Composizione molecolare delle particelle ribonucleoproteiche represse dalla traduzione (RNPs)
Per capire come il trasporto dell'mRNA e la repressione traslazionale siano accoppiati, identifichiamo le proteine e i componenti dell'RNA delle RNP dendritiche utilizzando Pum e altri fattori transazionali come Stau. Inoltre, indaghiamo se i componenti di queste RNPs svolgono un ruolo nella stabilità e/o nella degradazione dell'mRNA. -
Controllo post-traslazionale delle proteine che legano l'RNA
La fosforilazione e la SUMOilazione sono modificazioni post-traslazionali che hanno dimostrato di svolgere ruoli importanti nella regolazione dell'attività e del turnover delle proteine nei dendriti e nelle sinapsi. A differenza della fosforilazione e della SUMOilazione, la metilazione delle proteine è poco conosciuta nel contesto del trasporto dell'RNA e dell'attività sinaptica. Studiamo come queste modifiche regolano il trasporto dell'mRNA e la successiva traslazione e come questo effetto possa essere esercitato. Questo apre un nuovo ed entusiasmante campo di indagine in cui siamo attivamente impegnati. -
Caratterizzazione di specifiche varianti di mRNA nella sindrome mielodisplastica pediatrica (MDS)
Notevoli differenze distinguono la sindrome mielodisplastica (MDS) nei bambini dal gruppo di disturbi mieloidi maligni con lo stesso denominatore negli adulti. In primo luogo, la classificazione tradizionale delle MDS negli adulti basata sulla citomorfologia e sul numero di mieloblasti è di utilità limitata nei bambini per quanto riguarda le decisioni terapeutiche e la prognosi. In secondo luogo, la presentazione clinica delle MDS infantili è eterogenea e vi è un'ampia sovrapposizione con le patologie ereditarie da insufficienza midollare, rendendo la diagnosi differenziale un rompicapo impegnativo. Infine, ma non meno importante, il panorama mutazionale è composto da lesioni diverse da quelle riscontrate negli anziani, a sostegno di differenze fondamentali nella patogenesi. La rapida crescita dell'RNA- Sequencing (RNA-seq) offre la possibilità di osservare le variazioni nel genoma a livello degli esoni e lo screening dello splicing alternativo (AS) è una delle sue importanti applicazioni. Lo splicing alternativo (AS) è un meccanismo importante che può dare origine a proteine con funzioni diverse a partire da un precursore di mRNA ed è stata dimostrata la sua influenza sullo stato di numerose malattie.
La motivazione scientifica del nostro progetto è triplice. In primo luogo, manca ancora un'analisi sistematica della funzione biologica delle molteplici isoforme AS associate a particolari percorsi e processi biologici nelle MDS infantili. In secondo luogo, il ruolo degli AS nelle MDS pediatriche è in gran parte inesplorato. In terzo luogo, la logica combinatoria della regolazione dell'AS e la sua integrazione con altri circuiti cellulari di regolazione rimangono poco conosciuti. L'obiettivo principale è quello di esplorare sistematicamente il ruolo dell'AS e della sua regolazione nell'avvio e nella progressione di questa malattia.
La principale conseguenza attesa di questo progetto è di aumentare la nostra conoscenza delle reti di regolazione genica durante l'inizio e la progressione delle MDS infantili e di fornire un quadro integrale dei meccanismi di controllo dell'AS. Oltre a generare dati, il nostro obiettivo è acquisire una vera comprensione della logica molecolare sottesa a questi processi. Il progetto ha il potenziale per far luce sugli attuali enigmi nel campo delle neoplasie ematopoietiche perché: a) mira a svolgere ricerche di frontiera nell'area emergente delle AS nelle MDS infantili, b) rappresenta un impegno innovativo guidato da obiettivi ambiziosi e interdisciplinari che combinano analisi sperimentali e computazionali utilizzando approcci meccanicistici, ad alto rendimento e di biologia dei sistemi in grado di fornire una visione completa e integrata della regolazione delle AS e c) ha il potenziale per aprire nuovi orizzonti e opportunità di ricerca nella regolazione genica, per identificare fattori e meccanismi regolatori di rilevanza per la medicina rigenerativa e per individuare nuovi attori per comprendere l'iniziazione e la progressione dei tumori.Questo progetto è generosamente sostenuto da AIL Trento, AIL Bolzano (https://www.ailtrentino.it/ ; https://www.ail.it/conosci-ail/ail-sul-territorio/ail-sezione-bolzano).
“Caratterizzazione delle varianti di mRNA specifici nelle sindromi mielodisplastiche pediatriche”
L'obiettivo principale di questo progetto di ricerca, reso possibile grazie al contributo di A.I.L. di Trento, è lo studio delle sindromi mielodisplastiche (SMD) in età pediatrica causate principalmente da danni nel DNA delle cellule staminali presenti all’interno del midollo osseo. Le cellule staminali danneggiate non riescono a produrre una quantità adeguata di cellule del sangue funzionali, causando una carenza di globuli rossi, globuli bianchi e piastrine. In circa un terzo di pazienti con SMD la malattia degenera in leucemia mieloide acuta (LMA). Le SMD sono patologie rare in età pediatrica (rappresentano solo il 4% di tutti i tumori del sangue pediatrici). Essendo rare come malattie, le SMD pediatriche, rimangono ancora oggi patologie di sottovalutata incidenza clinica e di insoddisfacente risoluzione terapeutica.
Il progetto è rivolto allo studio delle alterazioni del meccanismo di maturazione (splicing) dell’RNA nelle SMD pediatriche. Lo splicing è una fase della trascrizione in cui le diverse porzioni di RNA appena prodotto sono unite a formare l’RNA messaggero maturo (mRNA) da cui derivano le proteine. Grazie allo splicing, la cellula non solo può esercitare un accurato controllo sull’espressione genica, ma può anche aumentare la variabilità dell’informazione
Link: https://www.ailtrentino.
Membri del team
- Paolo Macchi, ricercatore principale
- Marianna Ciuffreda, dottoranda
- Angela Orso, dottoranda
- Lorena Zubovic, postdoc
Collaborazioni
- Ralf Dahm, Institute of Molecular Biology gGmbH (IMB), Mainz, Germany
- Stefano Ferrari, Institute of Molecular Cancer Research, University of Zurich, Switzerland
- Michael A. Kiebler, Institute for Cell Biology, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany
- Philippe Monnier, University of Toronto/University Health Network, Toronto, Canada
- Stefan Tenzer, Institute of Immunology, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, Germany
- Jacqueline Trotter, Department of Molecular Cell Biology, University of Mainz, Germany
- John P. Vessey, Development and Stem Cell Biology, The Hospital for Sick Children - MaRS Centre Toronto Medical Discovery East Tower 101 College Street, Toronto, Canada
Pubblicazioni selezionate
Stefan Tenzer, Albertomaria Moro, Jörg Kuharev, Ashwanth Christopher Francis, Laura Vidalino, Alessandro Provenzani and Paolo Macchi. Proteome-wide characterization of the RNA-binding protein RALY-interactome using the iBioPQ (in vivo-Biotinylation-Pulldown-Quant) approach. Journal of Proteome Research (2013) PMID 23614458
Michela A Denti, Gabriella Viero, Alessandro Provenzani, Alessandro Quattrone, and Paolo Macchi. mRNA fate: Life and death of the mRNA in the cytoplasm. RNA Biology 10(3) (2013) PMID 23466755
John P. Vessey, Lucia Schoderboeck, Ewald Gingl, Ettore Luzi, Julia Riefler, Francesca Di Leva, Daniela Karra, Michael A. Kiebler and Paolo Macchi. Mammalian Pum2 regulates dendrite morphogenesis and synaptic function. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107: 3222-7.
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