Università degli studi di Pavia
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Montecucco attività di ricerca
L’attività di ricerca nel mio laboratorio è focalizzata sullo studio della risposta al danno al DNA. L’integrità del genoma è continuamente minacciata da sorgenti di danno al DNA endogene ed esogene. Per far fronte a questi attacchi si è evoluta una rete intricata di meccanismi di sorveglianza noti come Risposta al Danno sul DNA (DDR). Oltre a specifici meccanismi di riparazione del DNA, i danni attivano i cosiddetti checkpoints che nelle cellule proliferanti inducono il rallentamento o il blocco del ciclo cellulare permettendo così la riparazione del DNA prima di un nuovo ciclo di replicazione o divisione cellulare. Riparazione, replicazione e trascrizione sono strettamente connesse e alternazioni funzionali in ciascuno di questi processi o nella loro coordinazione possono causare una crescita cellulare incontrollata o la morte cellulare programmata, due eventi opposti ma entrambi dannosi per la cellula e per gli organismi. In questo ambito la nostra attività si articola in tre linee di ricerca:
Studio della risposta cellulare al danno del DNA durante il ciclo cellulare
Questa linea di ricerca studia i meccanismi di risposta cellulare al danno cronico compatibile con la sopravvivenza e la proliferazione cellulare, condizione che di frequente si osserva nei tumori. Per questi studi usiamo come sistema modello una linea cellulare stabilizzata da un paziente con una mutazione ipomorfica nel gene che codifica la DNA Ligasi I replicativa. Queste cellule hanno un difetto nella maturazione degli intermedi replicativi che causa accumulo di rotture sul DNA e fosforilazione cronica della protein chinasi del checkpoint ATM. Questo danno però non induce blocco del ciclo cellulare e le cellule continuano a proliferare con gravi conseguenze per la stabilità del genoma. Con questo sistema modello abbiamo di recente dimostrato che molti fattori coinvolti nella maturazione degli mRNA sono regolati in risposta al danno causando la riprogrammazione dei profili di splicing alternativo di numerosi geni che controllano la sopravvivenza cellulare. Inoltre, il segnale di danno mediato dall’attivazione di ATM ha un impatto diretto su morfologia, adesione e migrazione cellulare. Queste osservazioni estendono gli effetti dei checkpoint ed evidenziano un ruolo di ATM nel controllo di parametri rilevanti per la progressione tumorale.
Studio della risposta cellulare al danno del DNA in cellule quiescenti
Nonostante diversi studi abbiano suggerito che il danno al DNA può portare allo sviluppo di malattie neurodegenerative, i processi molecolari che causano accumulo di danno in cellule non proliferanti e le vie di segnalazione del danno attivate sono per larga parte sconosciuti. Nel nostro laboratorio abbiamo messo a punto un protocollo per il differenziamento di cellule neuronali e siamo interessati a studiare la sensibilità al danno al DNA e le vie di segnalazione del danno in risposta a sorgenti endogene (es. specie reattive dell’ossigeno, ROS) o esogene di agenti genotossici nelle cellule postmitotiche. I neuroni possono essere particolarmente proni all’accumulo di rotture sul DNA a causa dell’elevato consumo di ossigeno che produce un aumento dei ROS. Dati recenti ottenuti su ibridi cellulari di pazienti con morbo di Parkinson suggeriscono che l’accumulo di danno al DNA dovuto a uno stress ossidativo cronico possa contribuire al fenotipo neurodegenerativo.
Modificazioni epigenetiche e danno al DNA
Nelle cellule eucariotiche il DNA è compattato nella cromatina che è regolata da modificazioni epigenetiche sia del DNA che dei componenti proteici del nucleosoma. I meccanismi che controllano la dinamica della struttura cromatinica includono le modificazioni reversibili degli istoni (metilazione, ubiquitinazione, sumoilazione, phosphorilazione e acetilazione), la presenza di varianti istoniche e i complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti che rimuovono o spostano i nucleosomi lungo il DNA. Cambiamenti nell’architettura della cromatina indotti da meccanismi epigenetici sono essenziali per processi vitali della cellula come l’espressione genica, la riparazione del DNA, la replicazione e la divisione cellulare. Il mio laboratorio partecipa a un progetto finanziato da EPIGEN per studiare mediante analisi genome-wide le modificazioni epigenetiche associate alla riparazione del DNA.
Studio della risposta cellulare al danno del DNA durante il ciclo cellulare
Questa linea di ricerca studia i meccanismi di risposta cellulare al danno cronico compatibile con la sopravvivenza e la proliferazione cellulare, condizione che di frequente si osserva nei tumori. Per questi studi usiamo come sistema modello una linea cellulare stabilizzata da un paziente con una mutazione ipomorfica nel gene che codifica la DNA Ligasi I replicativa. Queste cellule hanno un difetto nella maturazione degli intermedi replicativi che causa accumulo di rotture sul DNA e fosforilazione cronica della protein chinasi del checkpoint ATM. Questo danno però non induce blocco del ciclo cellulare e le cellule continuano a proliferare con gravi conseguenze per la stabilità del genoma. Con questo sistema modello abbiamo di recente dimostrato che molti fattori coinvolti nella maturazione degli mRNA sono regolati in risposta al danno causando la riprogrammazione dei profili di splicing alternativo di numerosi geni che controllano la sopravvivenza cellulare. Inoltre, il segnale di danno mediato dall’attivazione di ATM ha un impatto diretto su morfologia, adesione e migrazione cellulare. Queste osservazioni estendono gli effetti dei checkpoint ed evidenziano un ruolo di ATM nel controllo di parametri rilevanti per la progressione tumorale.
Studio della risposta cellulare al danno del DNA in cellule quiescenti
Nonostante diversi studi abbiano suggerito che il danno al DNA può portare allo sviluppo di malattie neurodegenerative, i processi molecolari che causano accumulo di danno in cellule non proliferanti e le vie di segnalazione del danno attivate sono per larga parte sconosciuti. Nel nostro laboratorio abbiamo messo a punto un protocollo per il differenziamento di cellule neuronali e siamo interessati a studiare la sensibilità al danno al DNA e le vie di segnalazione del danno in risposta a sorgenti endogene (es. specie reattive dell’ossigeno, ROS) o esogene di agenti genotossici nelle cellule postmitotiche. I neuroni possono essere particolarmente proni all’accumulo di rotture sul DNA a causa dell’elevato consumo di ossigeno che produce un aumento dei ROS. Dati recenti ottenuti su ibridi cellulari di pazienti con morbo di Parkinson suggeriscono che l’accumulo di danno al DNA dovuto a uno stress ossidativo cronico possa contribuire al fenotipo neurodegenerativo.
Modificazioni epigenetiche e danno al DNA
Nelle cellule eucariotiche il DNA è compattato nella cromatina che è regolata da modificazioni epigenetiche sia del DNA che dei componenti proteici del nucleosoma. I meccanismi che controllano la dinamica della struttura cromatinica includono le modificazioni reversibili degli istoni (metilazione, ubiquitinazione, sumoilazione, phosphorilazione e acetilazione), la presenza di varianti istoniche e i complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti che rimuovono o spostano i nucleosomi lungo il DNA. Cambiamenti nell’architettura della cromatina indotti da meccanismi epigenetici sono essenziali per processi vitali della cellula come l’espressione genica, la riparazione del DNA, la replicazione e la divisione cellulare. Il mio laboratorio partecipa a un progetto finanziato da EPIGEN per studiare mediante analisi genome-wide le modificazioni epigenetiche associate alla riparazione del DNA.
