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Dipartimento di Ricerca Neuroscienze

Laboratorio Neurobiologia Molecolare

La Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) è una malattia rara che colpisce i motoneuroni che comandano i muscoli per il movimento e la respirazione, provocando la paralisi totale e la morte mediamente entro 2-5 anni dalla diagnosi. 

L'obiettivo principale del laboratorio è di capire, attraverso lo studio di modelli murini di alcune forme genetiche della patologia, in particolare i topi portatori della forma mutata di SOD1, quali siano i meccanismi responsabili dell'esordio e della progressione della malattia al fine di modularli per bloccare o quanto meno rallentare in fasi precoci l’evoluzione della malattia.

Linee di ricerca

SLA: identificazione di marcatori prognostici e di bersagli terapeutici

Il progetto consiste nell’analisi comparativa di due modelli di topi transgenici per SOD1umana con mutazione G93A, che nonostante siano portatori della stessa quantità di proteina mutata, mostrano un diverso esordio e durata di malattia. Tale variabilità è caratteristica anche dei pazienti con SLA familiare e sporadica. Lo scopo è di indagare i meccanismi alla base di questa differenza per individuare i bersagli farmacologici sui quali agire per rallentare la malattia in fasi precoci e per identificare dei biomarcatori prognostici utili a monitorare l'efficacia di trattamenti sperimentali. Mediante l’analisi metabolomica del midollo spinale dei due modelli murini SOD1G93A abbiamo osservato importanti differenze del metabolismo basale tra i due ceppi di topi in relazione alla differente progressione di malattia. Stiamo ora cercando di capire se tali differenze metaboliche si riflettano a livello periferico (sangue e muscoli) per individuare potenziali marcatori diagnostici e prognostici di malattia nei pazienti SLA. Abbiamo inoltre identificato che i livelli di alcuni frammenti di tRNA generati dall’azione enzimatica dell’angiogenina, fattore protettivo nella SLA, sono associati ad un andamento più lento della malattia sia nei topi SOD1G93A che nei pazienti con SLA. Il valore prognostico di questo biomarcatore dovrà essere validato su un numero più ampio di pazienti mentre nei topi stiamo cercando di capire il suo ruolo come bersaglio terapeutico. Nell’ambito dello studio dei meccanismi responsabili della variabilità di esordio e progressione della malattia nei due modelli murini SOD1G93A abbiamo focalizzato l’attenzione anche allo studio dei muscoli di questi topi. Dai risultati preliminari emerge che i topi ad andamento più lento sono in grado di attivare dei meccanismi compensatori per la funzione muscolare che permettono il rallentamento della malattia. Recentemente abbiamo identificato uno di questi meccanismi che consiste nell'attivazione del recettore P2X7, appartenente alla famiglia ionotropica di recettori purinergici per ATP extracellulare, che è abbondantemente espresso nei muscoli scheletrici sani, dove controlla la duplicazione cellulare, la differenziazione e la rigenerazione delle fibre muscolari.

SLA: ruolo della neuroinfiammazione e della risposta immunitaria

Tra i meccanismi responsabili della differente progressione di malattia nei modelli murini di SLA abbiamo dimostrato un ruolo importante della risposta immunitaria soprattutto a livello periferico del sistema neuromuscolare. Ad esempio abbiamo mostrato che il reclutamento precoce di macrofagi e linfociti a livello del nervo e della placca neuromuscolare è essenziale per ritardare l’esordio dei sintomi. Al contrario nel midollo spinale una prolungata neuroinfiammazione è dannosa ai motoneuroni provocando sul lungo termine una rapida progressione della malattia. Questo ruolo opposto dell'infiammazione potrebbe spiegare perché i farmaci anti-infiammatori ed immunosoppressivi non hanno mostrato efficacia nei pazienti SLA. Stiamo esaminando nuove strategie che possono potenzialmente interferire con la risposta immunitaria nei diversi comparti del sistema neuromuscolare utilizzando la tecnologia dei vettori virali. Ad esempio, facendo esprimere prevalentemente a livello muscolare la chemochina CCL2 abbiamo osservato un aumentato reclutamento macrofagico a livello muscolare e un parziale rallentamento della malattia nei topi SOD1G93A. Lo studio è tuttora in corso per individuare i meccanismi molecolari alla base di questa risposta protettiva e per confrontare il profilo trascrittomico dei macrofagi a livello muscolare nei topi ad andamento lento e rapido della malattia.

SLA genetica: sviluppo di una piattaforma con nuovi modelli animali

Finora gli studi effettuati sui topi con mutazioni SOD1 hanno permesso di ottenere informazioni molto importanti sullo sviluppo ed evoluzione della malattia, tuttavia ancora non hanno portato allo sviluppo di terapie efficaci per i pazienti. Ciò è in parte dovuto al fatto che solo il 3% dei pazienti è portatore della mutazione del gene SOD1. Ad oggi la mutazione del gene C9orf72 è quella più rappresentata nei pazienti SLA familiari e sporadici mentre l'accumulo di aggregati TDP43 nel sistema nervoso centrale è il tipico segno distintivo di tutti i pazienti con SLA. Pertanto, abbiamo deciso di implementare la nostra struttura animale con altri due modelli murini della malattia, i topi mutati C9orf72 e i topi transgenici che sovraesprimono TDP43 umano. Stiamo ora studiando a fondo questi topi utilizzando un ampio spettro di tecniche analitiche come test comportamentali, registrazione di elettrofisiologia muscolare in vivo, immunoistochimica, biochimica e biologia molecolare. Una combinazione di questi modelli murini consente di intraprendere e convalidare studi preclinici di potenziali agenti terapeutici. Inoltre abbiamo contribuito allo sviluppo di un modello suino portatore della mutazione SOD1G93A, che come il topo, mostra una progressiva paralisi degli arti. Questo modello per le sue caratteristiche anatomiche e fisiologiche integra efficacemente lo studio preclinico della SLA colmando il divario tra roditori e uomo.

Responsabili
Caterina
Bendotti
Capo Laboratorio
caterina.bendotti@marionegri.it
Senior Advisor
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Capi Unità
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Personale
Cassandra
Margotta
Ricercatrice
margotta.cassandra@marionegri.it
Maria Chiara
Trolese
Ricercatore
mariachiara.trolese@marionegri.it
Massimo
Tortarolo
Ricercatore
massimo.tortarolo@marionegri.it
Francesca
Sironi
Ricercatore
francesca.sironi@marionegri.it
Giovanni
Nardo
Ricercatore
giovanni.nardo@marionegri.it
Paola
Fabbrizio
Ricercatore
paola.fabbrizio@marionegri.it
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Codice:

International Consensus on Cardiopulmonary Resuscitation.

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