Progetto SMARD1: Giovani Ricercatori finanziati dalla Fondazione Cariplo

team smard1

Studio del ruolo del pathway di p53 e della

disregolazione dei tRNA nella patogenesi della

Atrofia Muscolare Spinale con Distress

respiratorio di tipo 1 (SMARD1) ed identificazione

di target terapeutici.

 

La Fondazione Cariplo ha devoluto un contributo di 250.000 euro a sostegno della realizzazione di questo progetto, sotto la responsabilità scientifica della Dott.ssa Monica Nizzardo, giovane ricercatrice del “Centro Dino Ferrari” dell’Università degli Studi di Milano. Il progetto ha durata biennale con inizio a ottobre 2016 e coinvolge, oltre a uno team di giovani ricercatori, anche un’equipe di Neurologi tra cui la Prof.ssa Stefania Corti e il Prof. Giacomo Pietro Comi della Fondazione IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico di Milano.

Sommario

-PATOLOGIA

La SMARD1 è una patologia caratterizzata dalla degenerazione dei neuroni motori, associata ad atrofia muscolare e deficit respiratorio con decorso fatale in età infantile. La malattia si manifesta con distress respiratorio, di solito entro il primo anno di vita, debolezza muscolare, inizialmente a livello distale e successivamente generalizzata, associata a degenerazione precoce dei motoneuroni del midollo spinale ed atrofia muscolare. Ad oggi, nessuna cura efficace è disponibile per la SMARD1 e pochi sono i programmi di ricerca volti a studiare i meccanismi alla base della patologia. La malattia è causata da una perdita di funzione del gene che codifica per l’immunoglobulina μ-binding protein 2 (IGHMBP2). Tale proteina sembra essere correlata al processamento dell’RNA, tuttavia le sue funzioni specifiche e le ragioni della morte selettiva dei motoneuroni sono ancora in gran parte sconosciute. Nel nostro laboratorio, abbiamo già condotto degli esperimenti in cui abbiamo dimostrato come sia possibile ripristinare completamente la degenerazione dei neuroni motori sia in vitro che in vivo mediante l’espressione del gene IGHMBP2 corretto (Link).

Recenti studi hanno dimostrato che difetti nella maturazione dell’RNA possono essere responsabili dei disturbi neurodegenerativi. In particolare, mutazioni nei geni coinvolti nella maturazione dei pre-RNA, nel metabolismo degli RNA transfer, nella stabilità dell’RNA stesso e nella traduzione proteica ​​sono stati associati a malattie del motoneurone.

-PROGETTO

Questo progetto ha lo scopo di comprendere le basi molecolari della degenerazione dei neuroni motori per riuscire ad identificare nuovi bersagli terapeutici. In particolare, indagheremo il ruolo degli RNA transfer e del pathway della proteina p53 nell’eziopatogenesi della SMARD1 al fine di identificare potenziali bersagli terapeutici molecolari adatti alla terapia genica o al trattamento farmacologico. Nel progetto utilizzeremo modelli in vitro e in vivo di SMARD1 già validati e disponibili nel nostro laboratorio. Utilizzeremo il modello murino di patologia neuromuscolare (topo nmd), che presenta una mutazione omozigote nel gene Ighmbp2 e sviluppa un fenotipo simile alla patologia umana. Inoltre, dato che ad oggi tutti gli studi preclinici sulla SMARD1 sono stati eseguiti esclusivamente nel modello murino, in questo progetto useremo anche un modello umano sfruttando la nostra esperienza nel campo delle cellule staminali. Abbiamo già generato con successo cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) da pazienti e soggetti controllo, dimostrando che queste sono in grado di differenziarsi in motoneuroni, le cellule affette dalla patologia.

Questo progetto avrà un impatto significativo nel campo della neuroscienze contribuendo ad un miglioramento della conoscenza della patogenesi della malattia, ed offrirà la possibilità di individuare nuovi bersagli terapeutici e di sviluppare di nuovi approcci terapeutici per la SMARD1.

Piano sperimentale

L’obiettivo del nostro progetto è quello di studiare il link tra RNA transfer, disregolazione del pathway di p53 e progressiva perdita di motoneuroni nei nostri modelli di malattia in vitro e in vivo al fine di individuare potenziali bersagli terapeutici.

Il progetto sarà sviluppato come segue:

AIM 1: Valutazione della disregolazione del pattern degli RNA transfer (tRNA) in vitro

I tRNA sono gli RNA non codificanti più abbondanti nelle cellule che diventano maturi e quindi attivi dopo una serie di eventi di splicing particolarmente rilevanti nei neuroni e nei motoneuroni. In condizioni patologiche, l’alterazione nel processamento dei tRNA porta ad un accumulo di frammenti di RNA tossici, anche se il loro contributo all’eziopatogenesi della SMARD1 non è stato ancora definito. Inoltre, indagini biochimiche hanno dimostrato che la proteina IGHMBP2 è fisicamente associata ai tRNA ed ad altri componenti del complesso proteico deputato al processo di traduzione. In questa parte del progetto analizzeremo sia la presenza che il ruolo patogenetico dell’accumulo dei frammenti di tRNA nei motoneuroni derivati da iPSC SMARD1. Infine, studieremo se queste alterazioni patologiche vengono recuperate nei motoneuroni ottenuti da cellule staminali di pazienti geneticamente corrette con il gene IGHMBP2.

SMARD

 

AIM 2: Valutazione del ruolo dell’attivazione del pathway di p53 in vitro

L’accumulo di frammenti tossici di tRNA derivanti dal processamento aberrante dei tRNA, sensibilizza le cellule allo stress ossidativo legato al pathway della proteina p53 e alla conseguente morte cellulare. Infatti, la proteina p53 è ampiamente coinvolta nella morte neuronale in risposta a forme diverse di danno acuto.

In questo progetto, vogliamo studiare il ruolo della proteina p53 nella morte selettiva dei motoneuroni, valutandone l’attivazione nei motoneuroni di pazienti SMARD1. Inoltre, verificheremo se la correzione genetica con il gene IGHMBP2 nelle cellule SMARD1 sia in grado di revertire il fenotipo patologico. Infine, moduleremo la proteina p53 in vitro per valutarne il potenziale come target terapeutico.

 

SMARD1-BIS

AIM 3: Studio dei target molecolari identificati negli AIM 1 e 2 come potenziali bersagli terapeutici in vivo

I target molecolari più promettenti derivanti dallo studio dei tRNA e del pathway di p53 saranno testati in vivo. In particolare, overesprimeremo o silenzieremo i target molecolari risultati implicati nella patogenesi della malattia dagli AIM 1 e 2 nel modello murino nmd. Valuteremo ogni modifica del fenotipo patologico dopo il trattamento. Questo obiettivo porterà alla validazione di nuovi potenziali target terapeutici per il trattamento della SMARD1.

Piano di comunicazione

Uno degli obiettivi principali della Ricerca finanziata dalla Fondazione Cariplo è l’interazione tra il mondo scientifico e la società civile. In nostro progetto include quindi un programma di divulgazione definito e dettagliato, descritto in questa sessione.

Il piano di comunicazione relativo al nostro progetto è stato sviluppato secondo i Principi di Ricerca e Innovazione Responsabili (RRI). Per tutta la durata del progetto ci impegneremo a promuovere lo scambio reciproco di informazioni con la società, in un’ottica di incremento dell’accessibilità dei dati scientifici; cercheremo inoltre di promuovere la formazione scientifica dei giovani sia a livello formale che informale, agendo sempre nel rispetto dei principi etici.

I risultati sperimentali ottenuti verranno pubblicati su riviste scientifiche di rilevanza internazionale, ove possibile a libero accesso, al fine di aumentare ulteriormente la diffusione e l’utilizzo dei dati.

Per quanto riguarda i campioni biologici destinati alla ricerca, dato che nel nostro laboratorio utilizziamo cellule umane, ci assicureremo sempre di aver ricevuto sia l’approvazione etica che il consenso informato firmato dal paziente. Non faremo esperimenti sui nostri modelli animali finché non avremo ottenuto dei risultati promettenti in vitro. Gli esperimenti in vivo che faremo all’interno di questo progetto di ricerca, hanno già ricevuto l’approvazione sia del comitato universitario che del Ministero della Salute.

All’interno del nostro piano di comunicazione, abbiamo individuato tre target specifici: la comunità scientifica, i pazienti e le loro famiglie e la società civile (in particolare i bambini e le famiglie). Le attività, gli strumenti ed il linguaggio saranno definiti in modo tale da essere appropriati al target specifico selezionato.

a) Società civile

L’obiettivo è quello di colmare il divario tra scienza e società in modo da rendere la ricerca scientifica più concreta, semplice ed accessibile. Cercheremo di colmare questo gap coinvolgendo la società nella vita reale dei giovani ricercatori. In particolare, le nostre attività saranno rivolte alle famiglie durante la “Notte dei ricercatori” e ai giovani mediante la creazione di una pagina Facebook. Saremo presenti anche alla “Giornata delle Malattie Rare 2018″ con un’attività speciale prevista per i bambini della scuola primaria e della scuola dell’infanzia. Per promuovere le nostre attività, le notizie saranno anche pubblicate online sul portale web del Centro Dino Ferrari, un Centro di Ricerca Universitaria che supporta già il nostro laboratorio.

b) Famiglie dei pazienti

Lo scopo è quello di far conoscere ai pazienti ed alle loro famiglie il nostro progetto di ricerca. L’interazione è stata voluta soprattutto per cercare di instaurare un dialogo continuo e per pianificare delle attività insieme, ma anche per discutere dei bisogni e degli ostacoli legati alla patologia stessa. Poiché la SMARD1 è una patologa rara, uno dei problemi maggiori per portare avanti la ricerca è legato al reperimento di materiale biologico dai pazienti. Grazie al nostro piano di comunicazione ci aspettiamo anche di superare questi limiti. Durante il meeting organizzato dall’associazione Famiglie SMA, presenteremo sia i risultati scientifici legati al nostro progetto di ricerca sia quelli di altri gruppi internazionali. I feedback che riceveremo dai pazienti e delle loro famiglie ci serviranno per migliorare sia la nostra ricerca che il nostro piano di comunicazione tenendo conto delle loro esigenze.

c) Ricercatori

Lo scopo è quello di condividere i risultati del progetto e di integrare le diverse competenze al fine di promuovere la collaborazione tra gruppi diversi all’interno della stessa area di ricerca. Il gruppo dei “Giovani ricercatori network” e le loro attività verranno pubblicate nella homepage dell’Università degli Studi di Milano ed inoltre saranno organizzati dei seminari pubblici di aggiornamento sul nostro progetto all’interno del programma di seminari del nostro dipartimento. Inoltre i nostri risultati verranno pubblicati su riviste internazionali e saranno presentati a congressi nazionali ed internazionali. Ci aspettiamo che le attività di comunicazione scientifica possano anche essere l’occasione per creare nuove collaborazioni e per migliorare il nostro progetto.

Nel complesso ci aspettiamo anche di sensibilizzare l’intera comunità verso questa malattia rara per cui ad oggi non esiste né una cura né un’assistenza adeguata. Speriamo infine di promuovere anche la raccolta fondi per la ricerca sulla SMARD1 e l’assistenza ai pazienti.

Timetable e attività pianificate per la divulgazione

 

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Dati preliminari-nostri lavori sulla SMARD1 pubblicati su riviste scientifiche internazionali

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