Basi molecolari delle patologie umane

1) Predisposizione genetica allo sviluppo di tumori dell'apparato digerente - Responsabile: Prof. Guglielmina Nadia Ranzani

Collaboratori: Raefa Abou Khouzam (dottoranda), Gianluca Tedaldi (dottorando), Monica Marabelli (borsista post-dottorato)

 Il nostro gruppo di ricerca si occupa principalmente dell'identificazione e caratterizzazione funzionale delle lesioni genetiche associate allo sviluppo di tumori dell'apparato digerente in famiglie con sindromi ereditarie. Tali sindromi includono l'HNPCC (hereditary non-polyposis colorectal cancer), la FAP/MAP (familial adenomatous polyposis/MUTYH-associated polyposis) e l'HDGC (hereditary diffuse gastric cancer). Il sequenziamento dei geni responsabili delle varie sindromi porta comunemente non solo all’individuazione di mutazioni chiaramente causative di malattia, ma anche all’individuazione di varianti di incerto significato patogenetico. L’effetto funzionale di tali varianti (e quindi il loro possibile impatto sul rischio di cancro), viene valutato attraverso approcci diversi che comprendono: analisi in silico; test funzionali in vitro; analisi dell’espressione genica; ricerca di isoforme anomale di splicing.

Poiché i geni di predisposizione conosciuti spiegano comunque solo una frazione delle famiglie con tumori ereditari del digerente, il nostro gruppo di ricerca partecipa ad uno studio collaborativo per ricercare nuovi geni-malattia mediante approccio NGS (“cancer-gene-panel” ed “exome- sequencing”).

La componente genetica può avere un ruolo importante non solo nelle forme sindromiche e familiari, ma anche nell'eziopatogenesi dei cancri considerati “sporadici”; ampi studi di associazione (GWAS) condotti su popolazioni diverse hanno infatti individuato varianti a bassa penetranza in grado di modulare il rischio di cancro colorettale. Uno degli obiettivi del nostro gruppo di ricerca è anche quello di stabilire se alcune di tali varianti possano aumentare il rischio di lesioni preneoplastiche e di cancro nella popolazione italiana.

 

Collaboratori: Tiziana Venesio (Istituto Oncologico-IRCCS, Candiolo-Torino), Costanza Alvisi (Fondazione IRCCS-Policlinico San Matteo, Pavia); Daniele Calistri e Chiara Molinari (Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori-IRCCS, Meldola-FC); Bernardo Bonanni (IEO-Istituto Europeo di Oncologia, Milano); Natalia Pellegata (Institute for Diabetes and Cancer IDC Helmholtz Center Munich, Germania)

2) Lesioni genetiche di natura somatica associate alla cancerogenesi gastrica e colorettale - Responsabile: Prof. Guglielmina Nadia Ranzani

Collaboratori: Raefa Abou Khouzam (dottoranda), Gianluca Tedaldi (dottorando), Monica Marabelli (borsista post-dottorato)

Accanto allo studio dei fattori genetici di predisposizione, il nostro gruppo di ricerca si occupa anche dell'analisi di lesioni somatiche coinvolte nel processo di cancerogenesi. In particolare, vengono analizzati: tumori del colon di tipo sporadico (con e senza metastasi epatiche associate) allo scopo di individuare marcatori prognostici utilizzabili nella pratica clinica; tumori di pazienti con MAP (sindrome ereditaria dovuta a mutazioni costitutive di MUTYH, gene del DNA-Base Excision Repair system) allo scopo di caratterizzare il processo di cancerogenesi associato a difetti del BER; tumori gastrici di tipo sporadico con particolare riferimento al gene CDH1 (E-caderina), allo scopo di chiarire il ruolo dei diversi trascritti nel processo di cancerogenesi.

Collaboratori: Tiziana Venesio (Istituto Oncologico-IRCCS, Candiolo-Torino), Costanza Alvisi (Fondazione IRCCS-Policlinico San Matteo, Pavia); Daniele Calistri e Chiara Molinari (Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori-IRCCS, Meldola-FC); Bernardo Bonanni (IEO-Istituto Europeo di Oncologia, Milano); Natalia Pellegata (Institute for Diabetes and Cancer IDC Helmholtz Center Munich, Germania)

3) Genetica del gusto - Responsabile: Prof. Guglielmina Nadia Ranzani

Questa linea di ricerca è svolta in collaborazione con il gruppo della Prof.ssa Ornella Semino, vedi punto 7) della tematica "Genomica di popolazioni umane ed animali"

Collaboratori: Raefa Abou Khouzam (dottoranda), Gianluca Tedaldi (dottorando), Monica Marabelli (borsista post-dottorato)

 La capacità di percepire i sapori è geneticamente determinata e la percezione dei sapori è il principale fattore a guidare la scelta dei cibi, causandone accettazione o rifiuto. D’altra parte, la scelta dei cibi è un fattore fondamentale in grado di modulare il rischio di patologie comuni, quali obesità, diabete, sindrome metabolica, ma anche di malattie cardiovascolari e cancro. Scopo del nostro lavoro è quello di correlare le varianti dei geni coinvolti nella percezione dei sapori e quindi nelle scelte alimentari con dieta e stato di salute, in particolare con i tumori dell’apparato digerente.

Collaboratori: Ornella Semino (DBB, Università di Pavia), Costanza Alvisi (Fondazione IRCCS-Policlinico San Matteo, Pavia)

4) Proteomica/metabolomica nello studio di malattie gravi di origine differente - Responsabile: Prof. Paolo Iadarola

Con l’avvento della proteomica, l’identificazione di proteine aventi la funzione di potenziali biomarcatori ha raggiunto importanti traguardi. La rilevazione e l’identificazione di proteine in differenti organi e/o tessuti con lo scopo di capire se queste rappresentino effettivamente uno strumento che aiuti a monitorarne eventuali alterazioni, e tutt’ora un’area di crescente interesse.

Nel contesto della proteomica clinica, consistente nell’applicazione di tecniche di proteomica su campioni biologici, l’interesse del laboratorio di ricerca diretto dal prof. Iadarola, è focalizzato sull’identificazione in fluidi biologici (sputo, esalati condensati, lavaggi bronco alveolari), cellule linfoblastoidi ed estratti cellulari di biomarcatori di malattie aventi origini differenti. In particolare vengono portate avanti le seguenti linee di ricerca:

  • Studio della proteomica/metabolomica di malattie polmonari (bronco pneumopatia ostruttiva cronica, deficienza di alfa1-antitripsina, sarcoidosi, sindrome da bronchiolite obliterante)
  • Analisi proteomica di cellule linfoblastoidi di pazienti affetti da una rara malattia neurodegenerativa (malattia di Nasu-Hakola)
  • Analisi proteomica di ghiandole salivari ed ovari della zecca Ixodes ricinus
5) Immunogenetica - Responsabile: Prof. Mariaclara Cuccia
Collaboratori interni: Dott. Chiara Boiocchi (assegnista, dottorata in Scienze Genetiche e Biomolecolari, specializzata in Patologia clinica), Dott. Cristiana Pistono (dottoranda in Genetica, Biologia Molecolare e Cellulare).

Attuali studenti: Alessandra Campesi (Laurea in Molecular Biology and Genetics; ora a Lione con il programma Erasmus), Lucrezia Campagnoli e Maria Anna Musto (Laurea in Biologia Sperimentale e Applicata, curriculum Scienze Biomediche Molecolari), Pietro Vercesi (Laurea in Scienze Biologiche).

La problematica della ricerca del gruppo di cui è responsabile la Prof. Mariaclara Cuccia. è compresa nel campo della Immunogenetica umana, con particolare attenzione alle regioni genomiche coinvolte in patologie a componente immune. Sono studiati polimorfismi di geni della regione HLA (soprattutto di classe III) che controllano il riconoscimento del self, i fenomeni di autoimmunità, le proteine del siero appartenenti al sistema complemento, citochine e proteine dell’infiammazione. Lo studio esteso all'intera regione HLA per la definizione dei sopratipi si dimostra estremamente interessante sia per la caratterizzazione di marcatori genetici di popolazioni diverse, sia per la sua applicazione allo studio di associazione HLA-malattie. Vengono investigati i meccanismi di regolazione genica con particolare attenzione alla deficienza di classi immunoglobuliniche; il coinvolgimento degli anticorpi nei trapianti; l’immunobiologia della riproduzione umana e la neuroinfiammazione. La risposta immune viene studiata soprattutto attraverso l'analisi genomica di polimorfismi di numerosi geni e lo studio delle corrispondenti proteine: le analisi vengono condotte principalmente su linfociti ottenuti da sangue periferico, su siero, su cellule in coltura.

Linee di ricerca

  1. Studio immunogenetico nella Sclerosi Multipla (SM)

La Sclerosi Multipla (SM) è una complessa patologia autoimmune del sistema nervoso centrale, in cui sono coinvolti fattori genetici e ambientali. La nostra attenzione è rivolta alla componente infiammatoria di tale patologia e in particolare allo studio di alcuni geni coinvolti nello stress e nel processo infiammatorio in pazienti SM e in un gruppo di controlli sani. L'obiettivo principale sarà quello di studiare i polimorfismi dei geni HLA di classe III (RAGE, HSP70, TNF) e di altri geni (BDNF) coinvolti nel processo patologico e, successivamente, di stabilire, mediante analisi statistiche, possibili correlazioni funzionali. Con questo metodo pensiamo che possa essere possibile identificare marcatori molecolari in grado di segnalare una predisposizione o resistenza al processo infiammatorio in pazienti affetti da SM. In secondo luogo, ci proponiamo di analizzare i livelli di espressione genica e di proteine dei geni che troveremo coinvolti a livello genetico. Questo lavoro sarà utile per verificare la misura in cui i polimorfismi genomici influenzino i livelli di trascrizione e di traduzione e di associarli con eventuali differenze nel siero di pazienti affetti da SM.

Un altro gene considerato è il VDR (Vitamin D Receptor), importante in quanto la carenza di vitamina D viene considerata una dei fattori di rischio per lo sviluppo della SM. Lo studio di polimorfismi presenti in questo gene e l’analisi dei livelli di espressione è importante per verificare come fattori ambientali e genetici possano interagire.

Infine la nostra ricerca sarà rivolta allo studio di microRNA (miRNA) nel siero di pazienti affetti da SM sotto trattamento farmacologico, al fine di valutare se il farmaco possa influenzare in modo positivo l’espressione di un particolare miRNA.

Questa linea di ricerca è condotta in collaborazione con il Dott. Roberto Bergamaschi, il Dott. Diego Franciotta a la Dott. Giulia Mallucci, Dipartimento di Scienze Neurologiche dell' IRCCS Fondazione Istituto Neurologico “C. Mondino”.

2. Studio immunogenetico del morbo di Alzheimer (AD)

Il morbo di Alzheimer (AD) è una malattia neurodegenerativa caratterizzata dalla distruzione progressiva delle cellule cerebrali, la cui origine e sviluppo sembrano essere multifattoriali; in particolare, la predisposizione genetica e le modificazioni del sistema immunitario, sembrano essere importanti sia per la predisposizione che per lo sviluppo della patologia. Numerose evidenze supportano inoltre l'importanza del coinvolgimento del processo infiammatorio nella patogenesi e progressione dell'AD, portando verso l'indagine di polimorfismi di geni correlati all'induzione e alla regolazione del processo infiammatorio, con lo scopo di identificare modificazioni nella suscettibilità all’infiammazione nei pazienti. Il nostro gruppo sta quindi indagando il possibile coinvolgimento di polimorfismi di geni codificanti per molecole coinvolte nel processo infiammatorio, alcune con un ruolo proinfiammatorio e altre con un ruolo tollerogeno. Abbiamo finora studiato la correlazione tra i polimorfismi di espressione funzionali dei geni RAGE (Receptor for Advanced Glycation Endproducts), TNF-α (Tumor Necrosis Factor-alpha), HLA-G, TRL4 (Toll-like receptor 4), e BDNF (Brain-derived Neurotrophic Factor) e la componente quarta del complemento sierico (C4A e C4B, HLA classe III). A tal fine è stata allestita nel 2010 una banca di DNA genomico di pazienti con AD; sono stati inoltre analizzati 220 controlli sani paragonabili per sesso ed etnia, provenienti in parte dal Laboratorio HLA del Servizio di Immunoematologia e trasfusione, Fondazione IRCCS Policlinico S. Matteo (Dott. M. Martinetti). L’analisi genomica di tutti questi polimorfismi ci permetterà di studiare il loro possibile coinvolgimento di questi geni come marcatori che possano contribuire all’identificazione precoce della malattia ed a distinguere le varie forme di eterogeneità.

Questa linea di ricerca è condotta in collaborazione con la Dott. C. Cereda, Dipartimento di Scienze Neurologiche dell'IRCCS Fondazione Istituto Neurologico “C. Mondino” e con il Prof. G. Ricevuti, Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Medica, Unità di Geriatria, Università degli Studi di Pavia.

3. Studio della sindrome da stanchezza cronica (Chronic Fatigue Syndrome)

La sindrome da stanchezza cronica (CFS) è una malattia caratterizzata da stanchezza debilitante a causa sconosciuta, accompagnata da parametri di laboratorio normali. E’ una malattia ancora poco studiata in Italia che sta tuttavia assumendo una rilevanza sempre maggiore. Il nostro gruppo è il primo in Italia ad aver costituito una banca biologica di DNA e di siero di pazienti con CFS. Su questi campioni si stanno studiando i polimorfismi MHC di classe III (TNF, RAGE, HSP-70, C4, LTA), polimorfismi di promotori di citochine, i polimorfismi di recettori neuronali e si stanno avviando studi di espressione genica. Il nostro gruppo, è disponibile allo scambio di materiale biologico della banca per collaborazione con altri gruppi.

Per la ricerca di autoanticorpi ci siamo avvalsi della collaborazione del Prof. Y. Shoenfeld, Department of Medicine B and Center for Autoimmune Diseases, Sheba Medical Center, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel.

4. Studi di genere

Sono condotte tre linee principali riguardanti:

  • Il rapporto materno-fetale in relazione alla trasmissione verticale del virus dell’epatite C (in collaborazione con la Prof. A. Maccabruni, Dipartimento di Medicina Interna, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Università degli Studi di Pavia); vengono studiati in particolare i recettori di cellule NK e i loci HLA-C e HLA-G;
  • Gli aplotipi NIMA (non-inherited maternal antigens): vengono analizzati polimorfismi HLA materni e del sangue cordonale (fetale) importanti per la tolleranza nel trapianto d’organo: il traffico cellulare reciproco madre-feto porta a fenomeni di microchimerismo, importanti per il futuro utilizzo del sangue cordonale in aerea trapiantologica (in collaborazione con la Dott. M. Martinetti del “Laboratorio di Immunogenetica” della Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo);
  • Distorsione della segregazione mendeliana degli aplotipi HLA in relazione ai genotipi e al peso alla nascita: vengono analizzati i fenomeni di distorsione della segregazione in famiglie normali e studiate le combinazioni aplotipiche ereditate dai neonati in relazione al peso alla nascita. Questa linea di ricerca è attuata analizzando campioni della Banca del Cordone della Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo (in collaborazione con Dott. P. Bergamaschi, Dott. C. Capittini).

5. Studio di poliformismi di geni che codificano per molecole infiammatorie in pazienti CAD (Coronary Artery Disease)

Vengono analizzati in pazienti coronaropatici (CAD) e in controlli sani i polimorfismi di geni che codificano per molecole di fondamentale importanza nell'ambito del processo infiammatorio che è alla base della formazione e della progressione della placca aterosclerotica. In particolare vengono indagati SNPs dei geni: RAGE (Receptor for Advanced Glycation Endproducts) coinvolto nell'amplificazione della risposta infiammatoria; del gene TNF (Tumor Necrosis Factor) che codifica per una delle più importanti citochine proinfiammatorie, e dei geni TNFR1 e TNFR2 che codificano per i recettori tramite cui la citochina TNF stessa media i suoi effetti biologici; vengono inoltre analizzati i polimorfismi del gene, appartenente alla classe III, di HLA che codifica per la proteina da stress HSP70-1 e del gene che codifica per il CR1 (Complement Receptor 1) sul cromosoma 1.

Questa linea di ricerca è condotta in collaborazione con la Prof. C. Falcone, Centro Interdipartimentale di Ricerca in Medicina Molecolare nella Diagnostica e Prevenzione delle malattie cardiovascolari e metaboliche, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Università degli Studi di Pavia.

Collaboratori esterni:

Presso il Laboratorio di Biochimica e Genetica della Clinica di Malattie dell'Apparato Respiratorio, Fondazione IRCCS Policlinico S. Matteo: Dott. Michele Fidel Zorzetto (Biologo, specializzato in Biochimica Clinica); Dott. Ilaria Campo (Biologo, dottorata in Scienze Genetiche e biomolecolari).

Presso il CIRMC (Centro Interdipartimentale di Ricerca in Medicina Molecolare nella Diagnostica e Prevenzione delle malattie cardiovascolari e metaboliche, Università di Pavia): Prof. Colomba Falcone (Professore Associato in Cardiologia, Facoltà di Medicina, Università di Pavia), Dott. Sara Bozzini (Biologo, dottorata in Medicina Interna).

Presso il Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Medica, Unità di Geriatria, IDR S. Margherita, Università degli Studi di Pavia: Prof Giovanni Ricevuti (Direttore dell’Unità di Geriatria, Università degli Studi di Pavia).

Presso il Laboratorio di Immunogenetica, Fondazione IRCCS Policlinico S. Matteo: Dott. Annamaria Pasi (Direttore del Laboratorio di Immunogenetica).

Presso il Dipartimento di Scienze Neurologiche dell' IRCCS Istituto Neurologico Nazionale C. Mondino: Dott. Roberto Bergamaschi (Medico Neurologo), Dott. Diego Franciotta (Medico Neurologo), Dott. Giulia Mallucci (Medico Neurologo), Dott. Cristina Cereda (Biologo, responsabile del laboratorio di Neurobiologia Sperimentale).

Il laboratorio di Immunogenetica del Dipartimento di Biologia e Biotecnologie “Lazzaro Spallanzani” e il Laboratorio di Immunogenetica della Fondazione IRCCS Policlinico S.Matteo costituiscono l'Unità 2 e l'Unità 1 del "Gruppo di Immunogenetica" di Pavia che dal 1984 partecipa a numerosi lavori collaborativi internazionali.

6) Identificazione di marcatori diagnostici e studi preclinici terapeutici nella malattia celiachia - Responsabile: Prof. Sergio Comincini

Collaboratori: Federico Manai (dottorando)

La Malattia Celiaca (o Celiachia) è un’infiammazione cronica dell'intestino tenue, scatenata dall'ingestione di glutine in soggetti geneticamente predisposti. E’ caratterizzata da un quadro clinico variabilissimo, che va dalla diarrea profusa con marcato dimagrimento, a sintomi extra-intestinali, all’associazione con altre malattie autoimmuni. La Celiachia non trattata può portare a complicanze anche drammatiche, come il linfoma intestinale. La celiachia può essere identificata con assoluta sicurezza attraverso la ricerca sierologica e la biopsia della mucosa duodenale in corso di duodenoscopia. La dieta aglutinata è l’unica terapia attualmente disponibile e va eseguita con rigore per tutta la vita.

La tematica è strutturata in due fasi distinte: nella prima, si prevede di identificare marcatori molecolari isolati dal sangue di pazienti celiaci e di relativi controlli pediatrici che verranno raccolti presso la S.C. di Chirurgia Pediatrica della Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo. Tra i marcatori molecolari di maggiore interesse, saranno isolati e misurati quantitativamente i microRNA circolanti, i particolare quelli in grado di modulare positivamente/negativamente la funzionalità di processi degradativi della cellula, tra i quali quello autofagico.

Vengono inoltre impiegati modelli cellulari caratteristici per studi in celiachia, con i quali sviluppare protocolli terapeutici preclinici, basati sulla possibilità di modulare molecolarmente o farmacologicamente un processo degradativo proprio della cellula, l’autofagia, in grado di potenzialmente degradare il glutine, riducendo in particolare la tendenza a formare grossi aggregati molecolari.

Collaborazioni esterne: Prof. Mauro Bozzola, Dr. Cristina Meazza, Dr. Sara Pagani (Dipartimento materno-infantile, Fondazione IRCCS San Matteo Pavia); Prof. Gloria Pelizzo (Dipartimento di Scienze Clinico Chirurgiche, Fondazione IRCCS San Matteo Pavia)