«The Waltz of the polipeptides», by Mara G. Haseltine, 2003 

Panoramica

Per decenni, si è pensato che l'espressione dei geni eucariotici fosse controllata principalmente a livello trascrizionale. Questa visione sta rapidamente lasciando il posto a un quadro più ricco, in cui le reti post-trascrizionali — composte da proteine che legano l'RNA, da RNA non codificanti e da modificazioni dinamiche dell'RNA — modellano in modo critico il proteoma regolando la stabilità dell'mRNA, la sua localizzazione e l'accesso alla traduzione.

Il nostro laboratorio opera pienamente entro questa prospettiva incentrata sull'RNA. Stiamo riconfigurando i trascrittomi per correggere i difetti molecolari che scatenano la neurodegenerazione in alcune malattie monogeniche e per sbloccare i programmi di differenziamento in stallo dei tumori neurali. In tal modo, stiamo perseguendo sia una comprensione più profonda della biologia dell'RNA sia nuove vie terapeutiche per malattie attualmente intrattabili.

Aree di ricerca

Consideriamo la traduzione un punto di controllo rilevante per le malattie e trattabile. Ingegnerizzando elementi cis come i motivi Kozak e perturbando i lettori trans-agenti delle modificazioni dell'RNA, moduliamo l'espressione genica per guidare il differenziamento terminale nei tumori neurali e per correggere il dosaggio proteico nelle malattie triplosensibili e aploinsufficienti.

  • Identificazione di bersagli per il differenziamento terminale dei tumori neurali
    Il neuroblastoma – una neoplasia derivata dalla cresta neurale e la principale causa di morte legata al cancro nell'infanzia – insorge quando i progenitori simpatici non riescono a completare la loro maturazione in neuroni gangliari o in cellule cromaffini. Il glioblastoma, al contrario, spesso origina da cellule staminali neurali simili a glia radiale nella zona subventricolare; mutazioni driver precoci ne compromettono il programma di differenziamento, producendo un serbatoio di cellule scarsamente differenziate e altamente proliferative che infiltrano il parenchima cerebrale. Utilizzando la trascrittomica a singola cellula e screening genetici ad alto rendimento, stiamo sistematicamente identificando e testando interventi in grado di ripristinare il differenziamento terminale in questi tumori resistenti alla terapia. 
  • Promuovere il differenziamento terminale sopprimendo la segnalazione m6A
    Una linea di investigazione si concentra sulla famiglia YTHDF di proteine che legano l'RNA e che leggono la modificazione m6A come potenziali interruttori per il differenziamento nei tumori neurali. Utilizzando sonde a piccole molecole personalizzate e l'editing genomico basato su CRISPR, stiamo imponendo un silenziamento profondo e selettivo dell'espressione genica delle YTHDF e seguendo le conseguenze a valle – sia in vitro che in vivo – sull'identità e la crescita delle cellule tumorali.
  •  Riprogrammazione traduzionale guidata dall'editing di base per malattie a dosaggio genico
    Abbiamo ottenuto la prova di principio che modifiche a singolo nucleotide all'interno dei motivi Kozak consentono una regolazione precisa dell'output traduzionale di specifici mRNA umani. Basandoci su questo risultato, stiamo impiegando la strategia per revertire i fenotipi cellulari in disturbi triplosensibili e aploinsufficienti. In parallelo, stiamo mappando sistematicamente i determinanti di sequenza che dettano l'efficienza di sequenze Kozak nelle cellule umane, con l'obiettivo di creare un quadro predittivo per il controllo dell'inizio della traduzione.
  • Regolazione fine della traduzione di mRNA terapeutici
    Gli mRNA terapeutici devono essere tradotti a velocità che mantengano la corretta ripiegatura e attività dei loro prodotti proteici. Regoliamo queste cinetiche (i) incorporando elementi cis-regolatori su misura e (ii) coniugando i trascritti a proteine che reclutano i ribosomi e che aumentano l'efficienza di inizio della traduzione. Un'applicazione importante di questa piattaforma è l'ottimizzazione del delivery e dell'espressione degli mRNA di base-editor nei tessuti neurali.

Membri del gruppo

  • Alessandro Quattrone, PI
  • Georgios Poulentzas, dottorando
  • Jacopo Vigna, borsista post dottorato
  • Francesca Broso, borsista post dottorato
  • Riccardo Gilmozzi, borsista pre dottorato
  • Angelo Guarniero, borsista post dottorato
  • Maria Corinna Diener, borsista pre dottorato
  • Denise Sighel, borsista post dottorato
  • Emanuele Rosatti, dottorando
  • Giorgia Zappacosta, dottoranda
  • Alberto Raoss, dottorando
  • Samuele Sanniti, dottorando
  • Fabio Baranzoni, borsista pre dottorato
  • Elisabetta Rossi, borsista pre dottorato
  • Sofia Eminente, borsista pre dottorato
  • Anna Veronese, borsista pre dottorato
  • Giorgio Baldessari, borsista pre dottorato
  • Riccardo Giaquinta, dottorando

Collaborazioni

  • Matthias Selbach, Max Delbruck Center, Berlin, Germany
  • Nikolaus Rajewsky, Berlin Institute of Medical Systems Biology, Germany
  • Soren Brunak, Center for Biological Sequence Analysis, Copenhagen, Denmark
  • Robert Gilbert, STRUBI, University of Oxford, UK
  • Guido Sanguinetti, University of Edimburgh, UK
  • Gabriella Viero, Institute of Biophysics of CNR, Trento, Italy
  • Nicoletta Galeotti, Dept. of Pharmacology, University of Florence, Italy
  • Stefan Huttelmeier, Martin Luther University, Halle, Germany

Pubblicazioni selezionate

Sidarovich, V., De Mariano, M., Aveic S., Pancher, M., Adami, V., Gatto, P., Pizzini, S., Pasini, L., Croce, M., Parodi, F., Cimmino, F., Avitabile, M., Emionite, L., Cilli, M., Ferrini, S., Pagano, A., Capasso, M., Quattrone, A., Tonini, G.P., and Longo, L.  2018. A high-content screening of anti-cancer compounds suggests the multiple tyrosine kinase inhibitor ponatinib for repurposing in neuroblastoma therapy. Accepted on Molecular Cancer Therapeutics

Bernabo, P., Tebaldi, T., Groen, E. J., Lane, F. M., Perenthaler, E., Mattedi, F, Newbery, H.J., Zhou, H., Zuccotti, P., Potrich, V., Shorrock H. K.,  Muntoni, F., Quattrone, A., Gillingwater T.H., Viero, G. 2017. In Vivo Translatome Profiling in Spinal Muscular Atrophy Reveals a Role for SMN Protein in Ribosome Biology. Cell reports, 21(4), 953-965.

Aveic, S., Corallo, D., Porcù, E., Pantile, M., Boso, D., Zanon, C., Viola, G., Sidarovich, V., Mariotto, E., Quattrone, A., Basso, G., Tonini, G.P. 2017 TP-0903 inhibits neuroblastoma cell growth and enhances the sensitivity to conventional chemotherapy European Journal of Pharmacology. 818 (5), pp 435-488

Sun, W., Incitti, T., Migliaresi, C., Quattrone, A., Casarosa, S. and Motta, A., 2017. Viability and neuronal differentiation of neural stem cells encapsulated in silk fibroin hydrogel functionalized with an IKVAV peptide. Journal of tissue engineering and regenerative medicine, 11(5), pp.1532-1541

Clamer, M., Viero, G., Guella, G. and Quattrone, A., 2016. New molecules for isolation of polyribosomes, ribosomes, uses and kits thereof.

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Lauria F, Tebaldi T, Lunelli L, Struffi P, Gatto P, Pugliese A, Brigotti M, Montanaro L, Ciribilli Y, Inga A, Quattrone A, Sanguinetti G, Viero G. “RiboAbacus: a model trained on polyribosome images predicts ribosome density and  translational efficiency from mammalian transcriptomes.”
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Dassi E, Zuccotti P, Leo S, Provenzani A, Assfalg M, D'Onofrio M, Riva P, Quattrone A. "Hyper conserved elements in vertebrate mRNA 3'-UTRs reveal a translational network of RNA-binding proteins controlled by HuR."
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