Introduzione

Il programma di ricerca coordinato dal Prof. Giannino Del Sal comprende aspetti sia di ricerca di base che traslazionale nel campo dell’oncologia molecolare, ed è focalizzato alla comprensione della reciproca interazione tra il microambiente tumorale e vie molecolari/processi biochimici oncogenici e oncosoppressivi. Le ricerche prevedono la dissezione dei meccanismi attraverso cui diversi assi oncogenici determinano l’evoluzione tumorale promuovendo la riprogrammazione del metabolismo cellulare, alterazioni epigenetiche, modificazioni post-traduzionali delle proteine e cambiamenti a carico del microambiente locale e distale. Ciò consente di evidenziare specifici aspetti di vulnerabilità di tipi tumorali attualmente privi di opzioni terapeutiche mirate, allo scopo di elaborare strategie terapeutiche più efficaci per il trattamento di queste neoplasie. Il gruppo di ricerca è particolarmente focalizzato allo studio del carcinoma al seno triplo negativo (TNBC) caratterizzato da elevata aggressività, prognosi sfavorevole, elevati rischi di recidive e bassi indici di sopravvivenza libera da malattia e specifica. La natura aggressiva del TNBC e l’assenza di terapie mirate determinano un estremo bisogno di nuovi trattamenti per questa patologia.

Le ricerche del gruppo Del Sal si basano sulla combinazione di approcci di biologia cellulare classica in colture 2D e 3D (organoidi tumorali), modelli animali (murini e D melanogaster), tecniche “omiche” e metodi bioinformatici.

Il programma di ricerca è organizzato in varie linee di ricerca, tra loro collegate, che riguardano i network dell’oncosoppressore p53 e delle sue forme mutate oncogeniche, le pathways di YAP/TAZ e Notch, la regolazione e i ruoli fisiologici e patologici del metabolismo cellulare, del rimodellamento della cromatina, del signaling di fosforilazione/prolil-isomerizzazione e degli RNA non codificanti.

1) Funzioni e disfunzioni del gene TP53

Le mutazioni a carico del gene TP53 sono tra le alterazioni più frequenti nei tumori. La forma wild-type di p53 svolge un essenziale ruolo oncosoppressivo, mentre le proteine risultanti da mutazioni missenso di TP53 (mutp53) perdono tale funzione e agiscono come potenti oncogeni, promuovendo proliferazione e sopravvivenza delle cellule tumorali, migrazione e invasione, metastaticità e chemioresistenza (Mantovani et al., 2016).

Il gruppo di ricerca diretto da Del Sal studia i meccanismi attraverso cui mutp53 mette in atto tali processi, in particolare attraverso interazioni con fattori di trascrizione, enzimi e altre proteine che portano all’attivazione aberrante di programmi di espressione genica oncogenici (Girardini et al., 2011) e a profonde alterazioni del proteoma cellulare (Walerych et al., 2016), alla base di caratteristiche aggressive delle cellule tumorali e dell’abilità di queste di adattarsi a condizioni di stress connesse alla trasformazione e alla progressione tumorale, come lo stress ossidativo (Lisek et al., 2018). Il fine ultimo è l’identificazione di nuovi bersagli molecolari e biomarcatori per strategie terapeutiche personalizzate. In tal senso, il gruppo di ricerca ha recentemente svelato il meccanismo che determina l’impatto della rigidità del tessuto tumorale sull’accumulo della proteina mutp53 (Ingallina et al., 2017), identificando la capacità degli inibitori della via biochimica del mevalonato di interferire con tale accumulo. Questa ricerca prelude alla possibilità di riposizionare farmaci quali le statine e lo zoledronato per il trattamento combinato di neoplasie con elevata incidenza di mutp53, quali i tumori TNBC e i tumori del pancreas.

2) Alterazioni del metabolismo cellulare

La riprogrammazione del metabolismo è un aspetto cruciale della tumorigenesi e della progressione neoplastica. Il gruppo diretto da Del Sal si è recentemente focalizzato alla comprensione dell’interazione tra oncogeni e metabolismo cellulare.

Gli oncogeni YAP/TAZ sono cofattori trascrizionali che regolano proliferazione cellulare e staminalità, la cui attivazione aberrante è caratteristica di molti tipi tumorali tra i quali carcinomi al seno, colon, fegato e pancreas. YAP/TAZ sono determinanti di metastasi e chemioresistenza in diversi tumori e sono associati a prognosi negativa. Mediante una strategia di drug repositioning il gruppo di ricerca Del Sal ha evidenziato che gli oncogeni YAP/TAZ e mutp53 rappresentano bersagli specifici per gli inibitori della via metabolica del mevalonato (farmaci anticolesterolo) quali le statine e l’acido zoledronico (Sorrentino et al., Nature Cell Biology 2014; Ingallina et al., Nature Cell Biology 2017). Tali ricerche hanno fornito l’evidenza scientifica per l'attivazione di uno studio clinico controllato di fase II volto a testare l'attività antitumorale del farmaco zoledronato in somministrazione preoperatoria in pazienti con carcinoma del seno TNBC e con caratteristiche prognostiche definite dai livelli di espressione di mutp53.

In generale, il gruppo di ricerca ha in corso un progetto per testare combinazioni di trattamenti che hanno attività inibitoria sulle vie biochimiche che intercettano gli assi molecolari di YAP/TAZ e mutp53, valutandone il potenziale antitumorale e la capacità di migliorare l’efficacia terapeutica di trattamenti standard, ai quali spesso i tumori sviluppano resistenza. Questa linea di ricerca è basata anche sulla generazione di una biobanca di organoidi tumorali, sistemi modello che ricapitolano fedelmente fenotipi ed eterogeneità tumorale, grazie a un progetto in collaborazione (PreCanMed).

3) Insights into cancer and neurodegeneration co-morbidity

Le statistiche (WHO, 2011 release) indicano i tipi tumorali aggressivi e le patologie neurodegenerative (morbo di Alzheimer, Parkinson, sclerosi multipla, sclerosi laterale amiotrofica, corea di Huntington etc.) quali principali cause di mortalità nei paesi industrializzati. È altresì interessante notare che queste due classi di patologie mostrano comorbidità inversa: dato che alcuni circuiti molecolari risultano deregolati in entrambe le classi di patologie, la causa della loro relazione inversa potrebbe risiedere nella direzione di tale de regolazione. Una molecola chiave nella regolazione di diversi processi alla base di cancro e neurodegenerazione, attraverso il controllo della conformazione di molteplici proteine cellulari è la prolil-isomerasi Pin1. Questo enzima catalizza l’isomerizzazione cis-trans di motivi Ser/Thr-Pro in maniera dipendente dalla fosforilazione, pertanto alterazioni dei livelli e dell’attività di Pin1 o della fosforilazione dei suoi substrati hanno profondi effetti sulla trasduzione del segnale e su importanti processi cellulari quali proliferazione e sopravvivenza, metabolismo, stress ossidativo, etc. A seconda del contesto cellulare, queste alterazioni possono sottendere diversi tipi di patologie.

Il gruppo di ricerca ha contribuito infatti a evidenziare gli effetti dell’iperattivazione di Pin1 sull’amplificazione di pathways oncogeniche tra cui mutp53 e Notch (Girardini et al., Cancer Cell 2011; Rustighi et al., EMBO Mol Med 2014). Non essendo un fattore essenziale per l’omeostasi della maggior parte dei tessuti normali, Pin1 rappresenta un valido bersaglio per lo sviluppo di inibitori specifici con attività anttumorale, e il gruppo di ricerca ne ha recentemente isolato uno (Campaner et al., Nature Communications 2017).

D’altro canto, Pin1 ha evidenziato un importante ruolo neuroprotettivo nei confronti di patologie legate all’invecchiamento quali il morbo di Alzheimer. Le ricerche in corso nel gruppo Del Sal utilizzano Drosophila melanogaster come organismo modello per la comprensione di processi evolutivamente conservati alla base della tumorigenesi e della neurodegenerazione. In particolare,  tali ricerche sono focalizzate alle attività di Pin1 che regolano gli stati epigenetici della cromatina, la generazione e riparazione delle lesioni al DNA e le pathways di risposta cellulare agli stress, important chiavi per l’interpretazione della relazione inversa tra neuro degenerazione e cancro.

4) Le cellule staminali del cancro

Le cancer stem cells (CSCs) sono alla base dello sviluppo tumorale, della progressione metastatica e della chemio resistenza, e pertanto considerate importanti bersagli per terapie volte a eradicare le neoplasie. Le CSCs possono derivare da mutazioni a carico di SCs normali oppure da mutazioni che conferiscono staminalità a cellule tumorali: la comprensione dei meccanismi molecolari che differenziano le SC normali da quelle tumorali è di estrema rilevanza per lo sviluppo di strategie terapeutiche efficaci.

Questo è uno dei goals del team di ricerca diretto da Del Sal, perseguito mediante l’utilizzo di modelli cellulari e animali. Un importante contributo del team è stata l’identificazione della prolil-isomerasi Pin1 come fattore di staminalità nel comparto mammario sia normale che tumorale attraverso l’attivazione della pathway di Notch (Rustighi et al., EMBO Mol Med 2014), e la dimostrazione che l’inibizione di Pin1 determina l’esaurimento delle CSCs e il ripristino della sensibilità ai chemioterapici in modelli di tumore al seno. Le ricerche in corso sono focalizzate al ruolo del crosstalk tra vie oncogeni e specifici processi metabolici nella biologia delle CSCs al fine di definire finestre terapeutiche per colpire selettivamente le CSCs minimizzando gli effetti a carico delle SC adulte normali.

5) Regolazione epigenetica della cromatina e dell’espressione genica

I regolatori epigenetici modificano localmente lo stato e l’architettura della cromatina, permettendo la modulazione dell’espressione genica in specifiche condizioni. Alterazioni di tali fattori sono frequentemente riscontrate nei tumori umani, suggerendo che la regolazione epigenetica giochi ruoli chiave nella progressione tumorale. Il team di ricerca diretto da Del Sal ha contribuito a questo aspetto dell’oncologia molecolare attraverso l’identificazione del ruolo oncosoppressivo della proteina Bromodomain-containing 7 (BRD7), un fattore di specificità di complessi di rimodellamento della cromatina SWI/SNF PBAF-specifici, quale cofattore di p53 nel controllo trascrizionale della risposta oncosoppressiva denominata senescenza cellulare (Drost et al., Nat Cell Biol 2010).

Attualmente il team di ricerca applica una prospettiva genome-wide per esplorare i ruoli oncosoppressivi dei macchinari di rimodellamento della cromatina, in particolare nel mantenimento della stabilità genomica, controllo dei fenotipi di plasticità e staminalità e interazioni con il microambiente tumorale.