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- Category: Interessi scientifici
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Reggia di Caserta
Il controllo del ciclo mitotico in cellule terminalmente differenziate
Di solito si chiamano terminalmente differenziate (TD) le cellule che, nell'acquisire caratteristiche specializzate, cessano definitivamente di proliferare. Nonostante questa definizione, negli ultimi anni è stato ripetutamente dimostrato che il differenziamento terminale non è irreversibile.
Il mio gruppo indaga da molti anni il differenziamento terminale e cerca metodi per riportare cellule TD a proliferare in modo innocuo, controllato e reversibile. Lo scopo è duplice: da un punto di vista conoscitivo, vogliamo comprendere i meccanismi molecolari che conducono all'uscita permanente dal ciclo cellulare. A fini applicativi, la possibilità di indurre la proliferazione di neuroni, cardiomiociti, cellule endocrine, etc. in modo controllato, reversibile e sicuro avrebbe ricadute enormi in medicina rigenerativa. Il sistema modello che utilizziamo prevalentemente è quello del muscolo scheletrico, rappresentato in vitro dai miotubi, cellule sinciziali TD. Sebbene il nostro gruppo e altri abbiano individuato diversi metodi per riattivare il ciclo mitotico in cellule TD, generalmente non si ottiene una vera proliferazione. Il motivo principale sembra essere costituito dall'incapacità delle cellule TD di replicare completamente il DNA.
Il nostro principale filone di ricerca indaga quindi le basi molecolari dell'incapacità delle cellule TD di duplicare completamente il loro DNA. Riteniamo che almeno due classi di ostacoli concorrano a impedire il completamento della sintesi del DNA. Una prima classe è quella che chiamiamo "funzionale": si tratta di difetti di meccanismi biochimici necessari alla completa duplicazione del DNA. Forse più importante è una seconda classe, che chiamiamo "strutturale"; abbiamo evidenza che la struttura stessa del materiale genetico e/o del nucleo dei miotubi impedisce la corretta replicazione del DNA. Stiamo studiando questo secondo tipo di ostacoli utilizzando la sintesi di DNA in vitro in estratti replicativi di uova di rana Xenopus.
Nell'investigare le possibili cause strutturali della parziale replicazione del DNA, abbiamo scoperto che i miotubi riattivati mediante soppressione di inibitori del ciclo cellulare effettuano la replicazione del DNA in assenza di timing, cioè duplicando le diverse regioni del genoma contemporaneamente, non in tempi diversi e in una successione predeterminata come avviene di norma. Al contrario, miotubi riattivati mediante l'espressione dell'oncogene adenovirale E1A presentano un timing molto simile a quello naturale dei mioblasti. Il timing è una caratteristica costante della replicazione del DNA degli organismi pluricellulari, ma i suoi determinanti molecolari e il suo significato biologico sono quasi sconosciuti. I miotubi costituiscono il primo sistema in cui la sintesi del DNA può avvenire in presenza o in assenza di timing, secondo le modalità con le quali il ciclo cellulare viene riattivato. Questo sistema sperimentale è quindi prezioso per analizzare un meccanismo biologico tuttora misterioso.
Spettrometria di massa delle proteine
La spettrometria di massa delle proteine è una metodologia di grande potenza con innumerevoli applicazioni in campo biologico. Consente di identificare proteine, indagare le loro modificazioni post-traduzionali, identificarne gli interattori (altre proteine con cui stabiliscono contatti fisici), studiarne la conformazione e la struttura, etc.
Il mio gruppo comprende una sezione di spettrometria di massa delle proteine che coadiuva la ricerca biologica e collabora con numerosi gruppi di ricerca interni ed esterni all'Istituto Superiore di Sanità. Oggi questa sezione è entrata a far parte del Servizio Grandi strumentazioni e Core facilities dell'Istituto Superiore di Sanità, nell'ambito del quale svolge ancor meglio le sue funzioni.
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