Le patologie più studiate sia in ambito clinico che di ricerca sono qui elencate:

Malattie del Motoneurone:

Il Laboratorio di Neuroscienze è attivamente impegnato nello studio delle basi genetiche e molecolari della SLA nonché nel collezionamento e studio di modelli cellulari di malattia ottenuti dal Paziente stesso, quali mioblasti e fibroblasti poi trasformati in cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Il Laboratorio dispone di una ampia banca di DNA, nonchè di siero e liquor, di circa 750 pazienti SLA sia sporadici che familiari, con o senza mutazioni in geni noti. Due grossi progetti di Exome-sequencing in atto con la collaborazione del Dr. John Landers, University of Massachusetts Medical School, Worcester, USA, prevedono il sequenziamento dell’intero esoma, cioè di tutta la porzione esonica e codificante del genoma umano, in un’ampia casistica di forme familiari senza mutazioni in geni noti e di forme sporadiche con i relativi genitori (TRIOS) al fine di identificare nuovi potenziali geni responsabili della malattia. Nel 2012, mediante questo approccio di Next Generation sequencing, è stato identificato dal nostro gruppo il nuovo gene causativo Profilina 1 (Wu et al, Nature, 2012) e nuovi geni candidati sono attivamente allo studio. In parallelo il nostro Laboratorio è impegnato nell’identificazione di fattori genetici di rischio nelle forme sporadiche mediante studi di Genome-Wide Association (GWA) di polimorfismi genetici (SNP). Per questo scopo presso il nostro Laboratorio ha sede il Consorzio SLAGEN, che vede riuniti 6 Centri Italiani di riferimento per la SLA e che ha permesso ad ora la raccolta di più di 2500 campioni di DNA di pazienti affetti da SLA sporadica. Con il Consorzio SLAGEN il Laboratorio è anche impegnato nello studio dell’epidemiologia genetica della SLA in Italia nell’ambito di una più vasta collaborazione con altri Consorzi Internazionali per la definizione dei fattori genetici di predisposizione alla SLA in seno a diversi progetti Europei.

Per quanto riguarda lo studio delle basi molecolari della SLA sono attivi progetti di ricerca atti ad approfondire il ruolo delle due RNA-binding protein TDP-43 e FUS in cellule neuronali. TDP-43 e FUS sono, infatti, proteine prevalentemente nucleari ed espresse in modo ubiquitario, ma solo nei motoneuroni dei pazienti affetti da SLA subiscono un cambiamento di localizzazione sub-cellulare formando aggregati proteici potenzialmente tossici a livello citoplasmatico. Mediante la definizione delle funzioni biologiche di queste due proteine e dei loro interattori molecolari in condizioni fisiologiche si mira a comprendere in che modo e perché un loro malfunzionamento possa comportare degenerazione selettiva delle cellule motoneuronali. In quest’ottica il nostro Laboratorio ha recentemente contribuito a dimostrare che TDP-43, ma non FUS, partecipa attivamente alle risposte di danno che si innescano nella cellula in seguito a vari tipi di stress mediante la formazione di “stress granules”, strutture con ruolo protettivo in grado di arrestare temporaneamente la traduzione proteica. I nostri dati sperimentali indicano anche che TDP-43 e FUS hanno ruoli diversi e scarsamente sovrapponibili nella regolazione del metabolismo dell’RNA in cellule neuronali. Diversi sono gli approcci sperimentali e i modelli cellulari che vengono utilizzati a questo scopo nel Laboratorio, tra cui modelli cellulari di malattia ottenuti direttamente da pazienti (fibroblasti, mioblasti)  anche dopo trasformazione a cellule staminali (iPSC).

Disturbi Cognitivo Comportamentali

Il Laboratorio di Neuroscienze in questo ambito clinico collabora attivamente fornendo la definizione genetica di alcune forme familiari di FTD, di ALS/FTD e di Angiopatia Amiloide Cerebrale con sovrapposizione alla Malattia di Alzheimer (definizione di mutazione per i geni APP, ApoE, TTR, CST3, GSN). Il particolare lo studio della Angiopatia Amiloide Cerebrale risulta di interesse considerata l’ ampia casistica collezionata grazie all’ afflusso di pazienti anche dalla Stroke Unit per definire le basi molecolari dell’ accumulo di amiloide nella parete vasale vs il parenchima cerebrale come nella Malattia di Alzheimer.

Malattia di Parkinson e Parkinsonismi

Le mutazioni nel gene PARK2, che codifica per la proteina parkin, causano la forma più comune di parkinsonismo giovanile a trasmissione autosomica recessiva (ARJP). Una vasta gamma di mutazioni nel gene PARK2 associano con la malattia, quali sostituzioni di singole coppie di basi, piccole delezioni o inserzioni di uno o più paia di basi, e riarrangiamenti esonici. Nella maggior parte dei casi le delezioni o mutazioni in omozigosi o in eterozigosi composta portano ad una perdita di espressione della proteina parkin nel cervello dei pazienti. Questi dati supportano il concetto di perdita di funzione quale meccanismo patogenetico predominante nel parkinsonismo PARK2-mediato. L’analisi neuropatologica del cervello di pazienti portatori di mutazioni PARK2 ha mostrato una perdita selettiva dei neuroni dopaminergici (DA) della substantia nigra (SN), tuttavia, nonostante il gene PARK2 sia stato identificato più di un decennio fa, poco si conosce sul meccanismo tramite cui la proteina mutante porta ad una progressiva disfunzione e morte neuronale. L’ipotesi dell’eccitotossicità è stata implicata nell’eziologia della malattia di Parkinson, dal momento che i neuroni del SNC ricevono input glutammatergici da diverse aree del cervello, tra cui la corteccia, nuclei pedunculopontine, talamo e nucleo subtalamico. Riguardo ARJP, evidenze crescenti suggeriscono che parkin Wild-Type (WT) può modulare la funzione dei recettori glutammatergici e che la perdita della funzione di parkin nel cervello di pazienti PARK2 rende i neuroni DA più suscettibili alla tossicità da glutammato. Infatti il silenziamento di WT-parkin sensibilizza i neuroni del mesencefalo alla tossicità da kainato. Al contrario, la sovraespressione di WT-parkin protegge i neuroni dall’eccitotossicità kainato-mediata. Uno studio più recente ha confermato che parkin regola la funzione e la stabilità delle sinapsi eccitatorie glutammatergiche e ha mostrato che l’espressione postsinaptica di parkin mutante è associata ad un maggiore vulnerabilità alla eccito tossicità sinaptica. Questa evidenza suggerisce un legame tra parkin e la funzionalità delle sinapsi glutammatergiche e fa ipotizzare che la perdita di neuroni DA in ARJP parkin-mediato possa derivare da una maggiore vulnerabilità alla stimolazione glutammatergica. Il progetto di ricerca in corso nel nostro Laboratorio mira ad individuare i meccanismi molecolari attraverso i quali parkin può modulare la attività di recettori del glutammato ed a indagare se tali recettori possano rappresentare un nuovo bersaglio terapeutico per ARJP causata da mutazioni nel gene PARK2.

Malattia di Huntington

La Malattia di Huntington (MdH) è una patologia neurologica ereditaria che causa la progressiva disfunzione e la perdita di neuroni in diverse aree del cervello. La malattia venne descritta per la prima volta dal medico George Huntington che nel 1872 ne descrisse i principali aspetti clinici: la comparsa di disturbi comportamentali, i deficit cognitivi e le alterazioni del movimento. Nel 1993 venne identificata la causa della Malattia di Huntington nella mutazione di un gene chiamato IT-15 localizzato sul braccio corto del cromosoma 4. Da allora molto si è compreso sui meccanismi molecolari che portano alla progressiva perdita delle cellule neuronali, sebbene non sia ancora disponibile una cura efficace nel rallentare il progredire o prevenire l’esordio della malattia nei pazienti portatori della mutazione. Tuttavia, ad oggi esistono numerosi farmaci in grado di ridurre significativamente i sintomi motori e psichiatrici e migliorare notevolmente la qualità di vita dei pazienti affetti da MdH. Il Laboratorio di Neuroscienze si è particolarmente dedicato recentemente a definire i meccanismi molecolari di disfunzione mitocondriale della Malattia di Huntington. Lo scopo della ricerca è quello di individuare i meccanismi molecolari tramite cui la proteina huntingtina mutata comporta la disfunzione mitocondriale. L’identificazione dei meccanismi molecolari è alla base della messa a punto di eventuali strategie terapeutiche.

Cellule Staminali

Diverse sono le attività di ricerca correlate allo studio delle cellule staminali, in particolare per la cura di malattie neurodegenerative, che da diversi anni si svolgono nel Laboratorio di Neuroscienze. Un primo filone di ricerca riguarda l’utilizzo di cellule mesenchimali staminali umane a scopo rigenerativo, in un modello animale di malattia di Parkinson. Si è potuto verificare che le cellule trapiantate hanno un effetto protettivo e stimolano la neurogenesi endogena. Le cellule trapiantate hanno inoltre dimostrato un cambiamento fenotipico verso la linea gliale esprimendo a livello proteico marcatori astrocitari specifici, assenti nelle cellule in coltura prima del trapianto. Di fondamentale importanza per il progetto è la tracciabilità delle cellule trapiantatee, a tale scopo, diversi marcatori sono stati utilizzati (coloranti nell’infrarosso, nanoparticelle magnetiche) e ne è stata valutata l’eventuale tossicità su differenti tipi di cellule staminali (mesenchimali, da liquido amniotico e da villi coriali) e la loro facilità di rilevazione. Una seconda attività di ricerca riguarda la SLA, con lo scopo di identificare biomarcatori di malattia per una diagnosi certa e precoce. Inoltre, attraverso lo studio di cellule neurali differenziate ottenute da iPSC derivanti da fibroblasti di pazienti affetti, ci si propone di studiare ed evidenziare eventuali meccanismi patogenetici alla base dell’insorgenza della malattia, in relazione principalmente alle più comuni forme genetiche.