I nostri obbiettivi

Il cancro è una malattia estremamente eterogenea caratterizzata da un progressivo accumulo di mutazioni ed espressione alterata di geni codificanti e non codificanti ma anche da un’importante instabilità genomica. Le attività di ricerca del nostro gruppo intendono contribuire con nuove informazioni riguardanti l’eziopatogenesi tumorale e l’instabilità genomica che la caratterizza attraverso approfondimenti di tematiche attuali che comprendono approcci innovative quali:

• Modelli 3D di organi da paziente, I cosiddetti “organoidi tumorali”, create per generare preziosi tools per la medicina di precisione
• Definire il ruolo degli ibridi RNA:DNA che sono la causa di instabilità genomica a livello telomerico e genomico e contribuiscono alla progressione tumorale, focalizzando l’attenzione su tumori che mancano dell’ attività della telomerasi
• Capire il ruolo di specifici miRNA capaci di controllare le funzioni delle regioni telomeriche nelle cellule tumorali.

PROGETTI CORRENTI

1. Creazione di sistemi cellulari modello per garantire una medicina di precisione

Sito web del progetto

Video di presentazione del progetto PRECANMED

Video di presentazione del progetto PRECANMED in tedesco

Descrizione del progetto (in italiano e tedesco)

Sito web del progetto

Il PI del gruppo di ricerca è il coordinatore del progetto “PreCanMed”, un progetto strategico finanziato dall’Unione Europea, Fondo Europeo di Sviluppo Regionale e Interreg V-A Italia-Austria 2014-2020.

I partner di questo progetto lavorano insieme per implementare a livello interregionale la tecnologia degli organoidi tumorali da paziente, un nuovo potente strumento d’indagine che permette di studiare i tessuti sani e malati di pazienti con neoplasie, allo scopo di sviluppare trattamenti innovativi e personalizzati (Fig. 1)

La tecnologia degli organoidi tumorali è un particolare sistema per la coltura funzionale e tridimensionale di cellule tumorali prelevate da pazienti con neoplasie. Definiti veri e propri avatar del tumore che cresce all’interno dell’organismo, questi sistemi rappresentano uno dei modelli più avanzati della malattia e uno strumento d’indagine molto promettente per studiare i tumori in laboratorio, in condizioni ‘quasi’ fisiologiche (Fig. 2).

I risultati attesi dal progetto sono:

• una migliore e più rapida acquisizione di nuove conoscenze su molteplici aspetti delle malattie tumorali,
• nuove scoperte fondamentali,
• contributi decisivi per la piena realizzazione delle potenzialità e delle promesse della medicina personalizzata.

Nel 2019, il gruppo di ricerca ha ricevuto un ulteriore finanziamento per la ricerca da parte del programma Interreg V-A Italia-Austria Program 2014-2020. Con il nuovo progetto di ricerca il gruppo del professor Schoeftner si occuperà di comprendere i meccanismi di sviluppo di resistenza alla terapia anti-tumorale e di generare co-colture di organoidi tumorali e cellule autologhe derivate dal paziente, con lo scopo di ricostruire in vitro il microambiente tumorale di ogni paziente.

Fig. 1 - La medicina di precisione attraverso l’utilizzo di organoidi tumorali: Il tessuto direttamente derivato da cellule tumorali verrà cresciuto come “Organoide tumorale”. L’analisi del genoma dell’organoide tumorale fornirà importanti chiavi di lettura diagnostiche e suggerimenti per strategie terapeutiche mirate.

Fig. 2 - Gli organoidi tumorali creati in laboratorio riproducono fedelmente i markers genici del tessuto del donatore.

2) Impatto a livello telomerico e genomico in cellule tumorali della formazione di ibridi RNA:DNA

Le cellule tumorali umane sono caratterizzate da un progressivo accumulo di mutazioni e da un incremento di instabilità genomica. Nel nostro secondo filone di ricerca gli obiettivi mireranno a chiarire l’instabilità genomica indotta dal significativo aumento di ibridi RNA:DNA che bloccano il passaggio della DNA polimerasi e di altri enzimi (Fig.3). Questo fenomeno può indurre infatti rotture nel DNA, nota causa di instabilità genomica. I telomeri sono le regioni confine dei cromosomi umani, consistono in ripetizioni TTAGGG e sono essenziali per la protezione delle estremità cromosomiche.

L’attivazione di processi che mantengono la funzione dei telomeri sono essenziali per la vitalità delle cellule tumorali. Il processo di trascrizione esistente a livello telomerico produce un RNA non codificante a ripetizione di sestetti UUAGGG (TERRA) che risulta spesso implicato nella formazione dei suddetti ibridi RNA:DNA (Fig.4). Nel corso dei nostri studi siamo riusciti ad identificare un gruppo di proteine che legano in modo specifico TERRA e sono capaci di localizzare non solo a livello telomerico ma anche in altre regioni del genoma. Abbiamo dimostrato che l’assenza di queste proteine induce un significativo aumento di ibridi RNA:DNA a livello telomerico, con conseguenti rotture cromosomiche e attivazione di processi di ricombinazione che garantiscono il mantenimento della lunghezza dei telomeri in cellule tumorali mancanti di attività telomerasica. Grazie al finanziamento ricevuto da AIRC IG (2020-2025), attualmente stiamo studiando il meccanismo molecolare degli ibridi RNA:DNA  che causa l'instabilità genomica a livello dei telomeri e di tutto il genoma. Ulteriori analisi di biochimica e di epigenoma aiuteranno a comprendere meglio la rilevanza clinica delle proteine coinvolte nella regolazione di ibridi RNA:DNA nell’osteosarcoma telomerasi-negativa.

Fig. 3 - Modello che illustra la conseguenza dell’incremento di ibridi RNA:DNA a livello telomerico

Fig. 4 - Tecnica dell’RNA-FISH per identificare TERRA in cellule interfasiche. Una sonda marcata fluorescentemente (CCCTAA) è usata per visualizzare la ripetizione UUAGGG contenuta in TERRA a livello telomerico (rosso). Il DNA genomico è visualizzato in blu.

3) Modulazione della funzione dei telomeri da parte dei “telo-miRNA” nel contesto tumorale

Atraverso uno screening precedentemente eseguito nel nostro laboratorio è stato identificato un pannello di miRNAs (i “telo-miRNA”) capaci di regolare componenti centrali per la funzionalità telomerica, che includono le proteine shelterin e i componenti del complesso proteico della telomerasi.

L’alterazione dell’espressione dei telo-miRNA influenza in modo critico la funzione dei telomeri e la loro lunghezza, induce instabilità genomica ed è associata ad una prognosi nefasta del carcinoma mammario (Dinami et al. 2014). L’insieme di questi dati permette di definire i telo-miRNA come una nuova chiave per la regolazione della funzionalità telomerica, con importante impatto clinico. Attualmente stiamo inquadrando il ruolo dei telo-miRNA in una finestra più ampia che abbraccia pathways molecolari rilevanti nell’insorgenza tumorale. Questo ci consentirà di mettere in luce un ruolo dei telo-miRNA nel collegare la funzione dei telomeri ad eventi centrali per l’insorgenza e la progressione tumorale.

In parallelo stiamo studiando un sottogruppo di telo-miRNA nel contesto della senescenza e dell'invecchiamento correlati ai telomeri.

Fig.5 - Figura rappresentativa dei passaggi dello screening high-throughput con reporter a luciferase. I micro-RNA che mostrano una specificità predetta per 3UTR di sequenze targets sono validati con uno screening high-throughput utilizzando il reporter della luciferasi. I candidati positivi emersi dallo screening verranno approfonditamente studianti nel contesto tumorale e in quello dell’invecchiamento (lo screening è eseguito in collaborazione con il gruppo di M.Giacca del ICGEB, Trieste e di R. Agami, NKI, Amsterdam).