Il programma di ricerca coordinato dal professor Guidalberto Manfioletti è incentrato principalmente sugli aspetti di base riguardanti il ruolo delle proteine HMGA nel guidare il processo di trasformazione neoplastica. Questi fattori architetturali sono in grado di assemblare o modulare complessi macromolecolari DNA / nucleoproteina partecipando così alla regolazione dell'espressione genica, alla rimodellazione e alla dinamica della cromatina, alla replicazione e alla riparazione del DNA. Essendo degli hub cruciali nel network cromatinico, sono in grado di influenzare una varietà di processi biologici come l'embriogenesi e la differenziazione e la deregolazione della loro attività porta alla trasformazione neoplastica. Una approfondita conoscenza dei percorsi molecolari regolati da HMGA1 potrebbe quindi indicare potenziali bersagli per la terapia del cancro.

Tutte le attività all'interno di questo programma sono organizzate in due linee principali di ricerca:

1) Verso la definizione dell'influenza globale di HMGA1 nelle cellule tumorali: un approccio integrato genomico e proteomico

Sono disponibili metodi genomici e proteomici high-throughput per studiare i network molecolari in diversi sistemi. La capacità di queste tecniche di interrogare simultaneamente migliaia di trascritti / proteine ha portato a importanti progressi in una serie di problemi biologici. Con questi approcci stiamo esplorando l'influenza di HMGA1 sulla trascrizione genica e sull'espressione proteica.

La nostra attuale ricerca si concentra sulle cellule del cancro alla mammella in cui il silenziamento di HMGA1 provoca una reversione del fenotipo tumorale simile a una transizione mesenchimale-epiteliale. Abbiamo valutato l'effetto del silenziamento di HMGA1 sull'aggressività delle cellule di cancro alla mammella, dimostrando che HMGA1 è fondamentale per controllare la motilità cellulare, l'invasività e nel mantenere le proprietà di staminalità (Pegoraro et al., 2013).

Ora ci troviamo di fronte ad esplorare il contributo globale di HMGA1 nella trascrizione genica e nell'espressione proteica.

a) Approccio genomico

Stiamo analizzando mediante DNA microarray e analisi RNA-seq il profilo di espressione genica delle cellule di cancro alla mammella in cui l'espressione di HMGA1 è stata silenziata. Con l'aiuto di strumenti bioinformatici stiamo analizzando i vari percorsi / fattori regolati da HMGA1. Le due tecniche adottate forniscono informazioni diverse, sebbene l'RNA-seq offra una visione più ampia poiché elude le limitazioni di interrogare solo le sonde presenti sul DNA microarray e si estende anche al mondo dell'RNA non codificante.

b) Approccio proteomico

Abbiamo utilizzato diversi approcci tecnici (proteomica LC-MS / MS Label Free, proteomica 2D-DIGE, proteomica LC-MS / MS basata su iTRAQ) per dissezionare il ruolo delle proteine HMGA1 nella modulazione del profilo di espressione proteica delle cellule tumorali per scoprire le molecole associate al cancro regolate da HMGA1.

Ci stiamo concentrando sia sulle alterazioni proteomiche globali che sulle alterazioni riguardanti le proteine secrete a causa della loro importanza come potenziali biomarcatori del cancro. I dati che abbiamo già raccolto mostrano che le proteine HMGA hanno un impatto molto grande sulla regolazione dell'espressione proteica. Come di consueto nello screening genomico e proteomico, molte proteine con un ruolo specifico già noto nel cancro vengono individuate, ma attualmente ci stiamo concentrando sui fattori meno caratterizzati dal punto di vista dell'oncologia molecolare perché potrebbero svelare nuovi percorsi nello sviluppo del cancro e, in maniera più interessante, nuovi potenziali bersagli terapeutici. Oltre all'approccio genomico, trarremo vantaggio dalle analisi bioinformatiche mediante le quali confronteremo le alterazioni della proteina HMGA1 con diversi set di dati derivati da tessuti di pazienti con carcinoma mammario che includono l'espressione genica e dati di outcome clinici.

2) Il ruolo delle proteine HMGA nell'influenzare lo stato epigenetico delle cellule tumorali

Nelle cellule tumorali le HMGA sono abbondantemente espresse e i loro livelli sono quasi paragonabili a quelli dell'istone H1. Dato che queste proteine si legano direttamente al DNA e agiscono come fattori di trascrizione architetturale favorendo la formazione di complessi regolatori macromolecolari stereospecifici a livello di potenziatori / promotori, per capire la loro funzione è fondamentale chiarire l'occupazione di HMGA1 sul genoma e valutare se questo possa contribuire alle alterazioni epigenetiche che si verificano nelle cellule tumorali. Stiamo svolgendo questo compito sfruttando il modello cellulare di cancro descritto sopra per valutare l'interazione di HMGA1 con gli istoni e testando se le modificazioni post-traduzionali degli istoni, che sono coinvolte nella regolazione trascrizionale, possano modulare questa associazione. L'aspetto traslazionale di questo lavoro di ricerca riguarda l'identificazione degli enzimi responsabili di queste alterazioni epigenetiche che potrebbero rappresentare nuovi potenziali bersagli terapeutici.