Dottorato di Ricerca in Biologia Cellulare e Molecolare ... di Ricerca in Biologia Cellulare e Molecolare ... l'omologo di Drosophila del gene umano del soppressore delle metastasi Nm23.

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    06-Feb-2018

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    Dottorato di Ricerca in Biologia Cellulare e Molecolare (Cellular and Molecular Biology)

    Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie Collegio dei Docenti: AMBROSETTI Davide CAPRANICO Giovanni CIURLI Stefano Luciano CONTESTABILE Antonio DELANY Isabel FRANCIA Francesco GARGIULO Giuseppe MAESTRINI Elena PERINI GiovannI PESSION Annalisa RUGOLO Michela SCARLATO Vincenzo SPARLA Francesca TROST Paolo Bernardo VENTUROLI Giovanni ZANNONI Davide ZUCCHERI Giampaolo Tematiche e progetti Temi di Ricerca: Il Dottorato di ricerca affronta varie tematiche di Biologia e Fisiologia Cellulare e Molecolare. Lattivit sperimentale del dottorando sar svolta allinterno di uno dei gruppi di ricerca rappresentati nel collegio dei docenti i cui argomenti ed obiettivi generali sono brevemente delineati qui di seguito. I temi di ricerca e studio saranno sviluppati presso laboratori ad indirizzo biotecnologico a livello cellulare, molecolare e genetico. Tali laboratori garantiscono la possibilit di svolgere ricerche in tutti i campi della pi avanzata biologia molecolare e cellulare anche applicata allo studio di patologie, quali autismo, epilessia, encefalopatie spongiformi, di varie malattie neurodegenerative, quali il morbo di Parkinson, di Alzheimer, e le neuropatie ottiche mitocondriali, ed anche dei tumori. Le tematiche includono ricerche biomolecolari nell'ambito fisiopatologico, della fisiologia vegetale e anche dei vaccini batterici. La complessit degli argomenti di ricerca richiede necessariamente un approccio interdisciplinare ed in particolare una intensa interazione tra discipline biologiche, biotecnologiche, chimiche e biochimiche allo scopo di affrontare aspetti di natura biotecnologica di base ed applicativi e caratterizzati da elevate conoscenze funzionali e molecolari. Le attivit di ricerca includono tematiche di microbiologia, fisiologia e biologia molecolare integrate da tematiche e supporti chimici e biochimici che costituiscono la piattaforma per lidentificazione di nuovi meccanismi cellulari e molecolari, utilizzabili per lo sviluppo di nuove applicazioni dellindustria farmaceutica e per il miglioramento della salute delluomo. Specifiche tematiche di ricerca:

    1. Regolazione dellespressione genica da parte di meccanismi della riparazione del danno al DNA (Prof. Capranico)

    2. Struttura e funzione di proteine coinvolte nel metabolismo dei metalli (Prof. Ciurli) 3. Espressione, regolazione e analisi funzionale dei fattori di virulenza batterici e strategie genetiche

    per lo sviluppo di nuovi vaccini (Prof. Delany) 4. Studio delle basi molecolari di alcune malattie neurodegenerative (Prof. Monti) 5. Meccanismi molecolari di trasduzione dellenergia in complessi proteici di membrana (Prof. Francia) 6. La Drosophila come sistema modello per lo studio della funzione genica nello sviluppo e nei tumori

    (Prof. Gargiulo) 7. Fattori genetici nella patogenesi dellautismo (Prof. Maestrini)

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    8. Regolazione dellespressione genica nei tumori (Prof. Perini) 9. Cancer modeling in Drosophila (Prof. Pession) 10. Basi molecolari di alcune malattie neurodegenerative a patogenesi mitocondriale e mutazioni del

    genoma mitocondriale nella tumorigenesi (Prof. Rugolo) 11. Basi genetiche e molecolari della patogenicit batterica (Prof. Scarlato) 12. Meccanismi molecolari di segnalazione redox e regolazione del metabolismo energetico delle piante

    (Prof. Trost e Prof. Sparla) 13. Ruolo della dinamica conformazionale e dellinterazione proteina-solvente nellattivit fotocatalitica di

    centri di reazione fotosintetici (Prof. Venturoli) 14. Aspetti molecolari del biorisanamento microbico (Prof. Zannoni) 15. Metodologie nanobiotecnologiche per lo sviluppo di biosensori e nanostrutture autoassemblanti

    basate sul DNA (Prof. Zuccheri) Breve descrizione dei progetti di ricerca. Regolazione dellespressione genica da parte di meccanismi della riparazione del danno al DNA. Gruppo: Capranico La Top1 un bersaglio di efficaci farmaci antitumorali e regola la struttura della cromatina e lespressione genica nelle cellule eucariotiche. Top1 pu, in determinate circostanze, indurre rotture singole del DNA con conseguente morte cellulare o alterazioni della stabilit genomica. Questa linea di ricerca ha come obiettivo la definizione dei relativi circuiti di regolazione della trascrizione e della stabilit genomica in cellule umane. Risultati recenti indicano un ruolo inatteso della Top1 nella regolazione della pausa trascrizionale della RNAP II e di RNA antisenso associati a promotori attivi in cellule tumorali umane. Il progetto prevede la definizione di mappe genomiche umane ad alta risoluzione dei siti di legame di proteine coinvolte nella trascrizione e nella riparazione del danno al DNA mediante ChIP-Seq e quantitative real-time PCR. La ricerca inoltre focalizzata alla identificazione delle funzioni di ncRNAs antisenso e associati a promotori divergenti ricchi in CpG. Questi ncRNAs antisenso sono stimolati dalla presenza di rotture del DNA indotte dalla Top1 in regioni attivamente trascritte. La ricerca volta alla definizione di nuovi meccanismi di regolazione genica e di risposta al danno al DNA al fine di sviluppare nuove strategie terapeutiche anticancro con un potenziale alto impatto medico e sociale. Struttura e funzione di proteine coinvolte nel metabolismo dei metalli Gruppo: Ciurli I metalli di transizione sono fondamentali per un grande numero di processi biochimici, svolgendo numerose funzioni come catalizzatori acido-base e redox, e determinando spesso la struttura delle proteine. Gli argomenti della nostra ricerca riguardano la caratterizzazione delle proteine coinvolte nel metabolismo dei metalli a livello molecolare, biochimico e strutturale. In particolare, sono studiate i) le relazioni tra la struttura e la funzione di metallo-proteine e metallo-enzimi, ii) lomeostasi ed il traffico intracellulare dei metalli di transizione, e iii) la regolazione dellespressione genica per mezzo di fattori di trascrizione metallo-dipendenti. Negli ultimi anni la ricerca si concentrata sul metabolismo del nichel, metallo essenziale nellidrolisi enzimatica dellurea catalizzata dallureasi, un fattore di virulenza di molti ed importanti batteri patogeni. La ricerca svolta largamente multi- ed inter-disciplinare, e comprende lespressione e la purificazione della proteina target con tecniche di DNA ricombinante, lo studio della struttura e della funzione della proteina con tecniche spettroscopiche (UV-vis, dicroismo circolare, fluorescenza, NMR), biofisiche (scattering della luce, calorimetria), cristallografiche ed enzimatiche (saggi di attivit in vitro ed in cell). Strategie di modeling della struttura proteica sono inoltre utilizzate di modeling della struttura proteica sono inoltre utilizzate. Lo studio a livello molecolare di queste metallo-proteine la base per la identificazione di targets per lo sviluppo di nuovi farmaci tramite drug design. Espressione, regolazione e analisi funzionale dei fattori di virulenza batterici e strategie genetiche per lo sviluppo di nuovi vaccini Gruppo: Delany Uno dei principali scopi della nostra ricerca la comprensione dei circuiti regolatori che permettono ai batteri patogeni di rispondere agli stimoli ambientali che possono incontrare nellospite. In particolare studiamo l espressione genica in risposta ai segnali molecolari correlati all ospite umano, con particolare attenzione alla caratterizzazione molecolare dei meccanismi trascrizionali o post-trascrizionali che controllano antigeni e geni batterici spesso importanti per la virulenza. Utilizziamo studi genetici per caratterizzare il ruolo di fattori di virulenza e di antigeni candidati in sistemi batterici mediante modelli di infezione ex vivo e in vivo. Utilizziamo anche approcci genetici per caratterizzare limmunogenicit degli antigeni batterici mediante lidentificazione di epitopi batterici funzionali. Inoltre, applichiamo metodologie di genetica batterica per il disegno e la costruzione di ceppi vaccinali innovativi, capaci di generare moduli di antigeni di membrana

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    (GMMA) arricchiti in antigeni importanti per il vaccino, che possono essere sfruttati come candidati per la prossima generazione di vaccini acellulari. Studio delle basi molecolari di alcune malattie neurodegenerative Gruppo: Monti Il gruppo di ricerca coinvolto nello studio di alcuni modelli in vitro ed in vivo di patologie neurodegenerative umane, particolare come il morbo di Parkinson e la sclerosi laterale amiotrofica, nonch di una malattia genetica rara, lAGC1-deficiency. Nellambito di tali ricerche si propone principalmente di evidenziare il ruolo delle interazioni fra neuroni e cellule gliali, specialmente la microglia (cellule immunitarie presenti nel cervello), nei meccanismi di neurodegenerazione e neuroprotezione. Inoltre vengono condotte ricerche sulla modulazione di pathways intracellulari e dellespressione genica nellippocampo di ratto nellapprendimento e nella memoria Meccanismi molecolari di trasduzione dellenergia in complessi proteici di membrana Gruppo: Francia La linea di ricerca proposta centrata sulla caratterizzazione cinetica, mediante spettrofotometria risolta nel tempo, dei processi di trasporto di elettroni e protoni in membrane intatte e/o complessi proteici isolati da batteri fotosintetici. Questi sistemi sono facilmente analizzabili tramite spettroscopia risolta nel tempo e permettono di ottenere informazioni sulle reazioni di trasferimento elettronico intra- ed inter-proteina catalizzate dai complessi proteici di membrana. Lalto grado di omologia strutturale tra i complessi deputati alla trasduzione dellenergia permette di riprodurre, in procarioti fotosintetici, mutazioni presenti negli eucarioti che sono allorigine di disfunzioni del metabolismo energetico. Nei cromatofori, vescicole di membrana ottenute tramite frattura meccanica di procarioti fotosintetici possibile attivare, tramite brevi impulsi di luce, la catena di trasporto degli elettroni e seguire gli eventi di trasferimento di singoli equivalenti riducenti. Questo approccio sperimentale pu rivelarsi molto promettente per studiare leffetto di mutazioni del complesso ubichinolo-citocromo c ossido-reduttasi (complesso bc1) alla base di alcune gravi patologie neurologiche che colpiscono anche luomo. La Drosophila come sistema modello per lo studio della funzione genica nello sviluppo e nei tumori Gruppo: Gargiulo Mediante approcci di genetica diretta ed inversa, le ricerche condotte nel laboratorio del Prof. Gargiulo sono incentrate sia allo studio dello sviluppo di Drosophila che nellutilizzo della Drosophila come sistema modello per lo studio dei tumori. I progetti attualmente in corso includono:

    Analisi dei meccanismi molecolari del differenziamento delle cellule germinali di Drosophila.

    Controllo traduzionale nello sviluppo di Drosophila.

    Studio dei fattori di virulenza nelle interazioni tra insetti parassitoidi ed i loro ospiti, mediante espressione di geni di parassitoidi durante lo sviluppo di Drosophila.

    Studio del ruolo dei geni dVHL e awd nella tumorigenesi. Il gene dVHL lomologo di Drosophila delloncosoppressore umano VHL (von Hippel-Lindau), mentre il gene awd (abnormal wing discs), l'omologo di Drosophila del gene umano del soppressore delle metastasi Nm23.

    Genetica di malattie complesse Gruppo: Maestrini Il gruppo di ricerca si occupa di studiare i fattori genetici implicati in disturbi legati allo sviluppo e al funzionamento del cervello, quali l'autismo e la dipendenza da nicotina. 1) Genetica molecolare dell'autismo. Lo scopo di questo progetto l'identificazione e caratterizzazione di fattori genetici coinvolti nella patogenesi dell'autismo infantile, un grave disturbo neuropsichiatrico con una complessa base ereditaria e caratterizzato da un alto grado di eterogeneit genetica e clinica. L'Autism Genome Consortium (AGP), un consorzio internazionale attraverso cui stata costituita una banca di DNA e relativi dati fenotipici di oltre 2000 famiglie con autismo. Su questi campioni stata effettuata l'analisi di pi di 1 milione di SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) tramite la tecnologia Illumina, utilizzati sia per studi di associazione (genome-wide association study, GWAS), che per l'analisi di Copy Number Variants (CNVs). Da questi studi emerso che un insieme eterogeneo di varianti rare contribuiscono significativamente alla suscettibilit genetica dell'autismo. A partire dai dati dell'AGP ci occuperemo di:

    identificare e caratterizzare CNVs potenzialmente patologici

    analisi mutazionale e funzionale dei geni coinvolti in specifici CNV. 2) Analisi della predisposizione genetica nella dipendenza da nicotina. La dipendenza da nicotina dipende dall'interplay di fattori neurobiologici, ambientali e genetici. Il progetto, in collaborazione con l'universit di Modena, si propone di studiare il coinvolgimento di polimorfismi nei geni delle subunit dei recettori colinergici nicotinici (nAChR) nel tabagismo, attraverso studi di associazione di SNPs e sequenziamento

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    Regolazione dellespressione genica nei tumori Gruppo: Perini Questa linea di ricerca si occupa dei meccanismi di regolazione trascrizionale mediati dall'oncogene Myc in vari tipi di tumore quali neuroblastoma, osteosarcoma, carcinoma mammario e leucemie mieloidi. In particolare ci si propone di comprendere come Myc sia in grado di reprimere la trascrizione attraverso l'interazione con proteine modificatrici della cromatina quali HDAC e SIRT. Attraverso l'impiego di tecnologie come ChIP-on-chip, ChIP sequencing e utilizzo di librerie codificanti siRNA si andranno ad identificare i geni repressi da Myc, e in particolare ad individuare le componenti cromatiniche coinvolte in tale processo. La comprensione dei meccanismi molecolari di repressione trascrizionale mediata da Myc consentir di mettere a punto saggi biologici per lo screening di nuovi farmaci anti-neoplastici

    Cancer modeling in Drosophila Gruppo: Pession Il modeling in vivo in Drosophila ha come scopo quello di studiare alcuni geni coinvolti nel differenziamento dei tessuti epiteliali e, data lalta omologia funzionale esistente tra Drosophila e uomo nei geni che controllano la polarit cellulare e la crescita, questo modello uno strumento per studiare meccanismi genetici molto complessi, come quelli che sottostanno alla tumorigenesi nelluomo. Per lo studio sono stati messo a punto una serie di sistemi genetici che permettono di alterare molecolarmente sia il clone sia il background e di visualizzare il comportamento delle cellule del clone e di quelle circostanti in vivo. Malattie neurodegenerative a patogenesi mitocondriale e mutazioni del genoma mitocondriale nella tumorigenesi Gruppo: Rugolo L'attivit di ricerca volta ad indagare i meccanismi molecolari alla base di alcune malattie neurodegenerative umane a patogenesi mitocondriale. La prima l'atrofia ottica dominante, una neuropatia ottica causata da mutazioni nel gene nu...

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