Istituto di Biologia Cellulare e Neurobiologia (IBCN)

Attività di ricerca

BIOLOGIA E PATOLOGIA DEL MUSCOLO
Il tessuto muscolare costituisce la maggior parte della massa corporea e molte malattie gravi, sia di origine genetica che traumatica, colpiscono il muscolo cardiaco e scheletrico. I progetti dell'IBCN in questa area di ricerca sono focalizzati sullo studio dei meccanismi che regolano le patologie muscolari sia a livello trascrizionale che post-trascrizionale, inclusi i meccanismi epigenetici che alterano l'organizzazione della cromatina. ll fine ultimo di questi interessi di ricerca diversi ma integrati tra loro è quello di sviluppare nuove strategie di medicina rigenerativa e di trattamento delle malattie, nonché nuovi strumenti prognostici e diagnostici. Specificamente, le linee di ricerca riguardano:
- Generazione di modelli di cellule e tessuti umani di patologie del muscolo cardiaco e scheletrico attraverso la tecnologia della riprogrammazione cellulare (iPS) e modelli murini di eventi ischemici per lo sviluppo di terapie cellulari coadiuvate da materiali biologici innovativi.
- Studio degli effetti degli inibitori delle istone deacetilasi (HDAC) e del contributo dei macrofagi nella rigenerazione del cuore e nelle distrofie muscolari.
- Definizione del ruolo del recettore tirosin-chinasi c-kit nella riparazione del muscolo cardiaco in seguito a danno.
- Definizione del ruolo di geni regolativi (IFRD1 e ciclina D3) e vie di segnalazione molecolari associate nel controllo della funzione di cellule staminali del muscolo scheletrico e nella rigenerazione muscolare.
- Validazione di fattori di trascrizione artificiali del tipo zinc-finger nell'attivazione del promotore del gene dell'utrofina per il trattamento della Distrofia Muscolare di Duchenne.
- Identificazione di microRNA potenzialmente patogenetici e dei loro geni bersaglio attraverso l'analisis delle interazioni microRNA-mRNA in tessuti muscolari di pazienti affetti da Distrofia Miotonica-
- Studio del pattern di metilazione del DNA e dei marcatori istonici di geni associati con lo sviluppo della Distrofia Muscolare Facioscapulomerale
- Caratterizzazione dei meccanismi coinvolti nelle interazioni tra la cromatina e le lamine e i complessi dei pori nucleari nelle distrofie muscolari lamina-dipendenti.
- Caratterizzazione del ruolo dell'ossido nitrico nella regolazione degli enzimi epigenetici e del loro contributo allo sviluppo della cardiomiopatia associata a Distrofia Muscolare di Duchenne.

MECCANISMI FONDAMENTALI DELLA BIOLOGIA CELLULARE
Alcuni progetti portati avanti da ricercatori dell'IBCN mirano allo studio di aspetti fondamentali della biologia cellulare utilizzando vari sistemi modello, dagli organismi eucariotici unicellulari ai mammiferi, sia in vitro che in vivo.
Tali studi hanno come obiettivo quello di investigare meccanismi di base che controllano vari processi cellulari, quali il differenziamento, la proliferazione cellulare e l'apoptosi, attraverso l'identificazione e la caratterizzazione di diverse vie di trasduzione dei segnali.
Alcuni laboratori sono interessati all'analisi di meccanismi di regolazione dell'espressione genica a livello trascrizionale e post-trascrizionale attraverso lo studio del ruolo di specifici fattori di trascrizione, dello splicing dell'RNA, dei non-coding RNA e di interazioni RNA-proteine e proteina-proteina.

MALATTIE INFETTIVE NEGLETTE E DELLA POVERTA'
Le malattie tropicali neglette (NTD) colpiscono prevalentemente e sproporzionatamente le popolazioni più povere e vulnerabili del mondo. Le NTD, malattie infettive parassitarie, batteriche e virali, con la tubercolosi, l'AIDS, e la malaria sono anche note come "malattie infettive della povertà'. Tali malattie sono co-endemiche e un individuo ha frequentemente infezioni concomitanti con più di un agente patogeno. In IBCN studiamo principalmente la schistosomiasi e la tubercolosi.
La schistosomiasi, una delle 17 NTD considerate prioritarie dalla WHO, causa 260 milioni di infezioni l'anno e rappresenta un rischio per oltre 780 milioni di persone, contribuisce alla morbilità globale con 4,026,000 DALY (disability-adjusted life year) e tra le malattie parassitarie umane è al secondo posto dopo la malaria in termini socio-economici, di salute pubblica e di prevalenza nei Paesi in via di sviluppo.
La tubercolosi, causata dall'infezione di Mycobacterium tuberculosis (MTB), continua a essere un importante problema di sanità pubblica a livello globale, causando, ogni anno, quasi un milione e mezzo di decessi. Inoltre i casi di tubercolosi multi-resistente ai farmaci oggi disponibili sono in crescente aumento. Le principali attività di ricerca includono:
- Mantenimento del ciclo vitale dello Schistosoma mansoni con il suo ospite intermedio (Biomphalaria glabrata) e quello definitivo (topo), isolamento e coltivazione di tutti gli stadi di sviluppo del parassita.
- Studio della biologia del parassita.
- Identificazione e caratterizzazione di nuovi composti schistosomicidi.
- Studio dei meccanismi che regolano l'interazione immunità innata-patogeno, in particolare di MTB e patogeni con la capacità di sopravvivere in fagociti professionali (Staphylococcus aureus).
-Identificazione e caratterizzazione di geni modulati durante le infezioni da MTB e altri patogeni (S. aureus.
- Identificazione e caratterizzazione di composti immuno-modulatori, naturali e chimici, per l'induzione di un'interazione macrofagi-agenti patogeni protettiva per l'ospite umano.

NEUROSCIENZE
La ricerca nell'ambito delle Neuroscienze presso IBCN si focalizza sullo studio dei meccanismi che regolano le principali funzioni del sistema nervoso sia in condizioni fisiologiche che patologiche in modelli cellulari e murini.
I maggiori temi di ricerca includono:
- Regolazione mediata dai miRNAs di pathways cellulari e molecolari coinvolti nel differenziamento e nelle disfunzioni neuronali, nell'invecchiamento e nelle malattie neurodegenerative.
- Ruolo delle neurotrofine come strumenti diagnostici, prognostici e terapeutici in varie patologie del sistema nervoso, nella dipendenza da alcohol e stress ossidativo, e delle proprieta' neuroprotettive degli antiossidanti naturali come i polifenoli vegetali.
- Meccanismi che sottostanno al dolore acuto e cronico mediando risposte funzionali e cambiamenti nell'espressione di maker specifici a livello centrale e periferico, per l'identificazione di nuovi strumenti terapeutici.
- Comprensione del ruolo del signaling purinergico nella sclerosi laterale amiotrofica e nella sclerosi multipla avvalendosi di modulatori dei recettori P2 per interferire contro tali malattie.
- Basi genetiche, strutturali e molecolari di memoria e apprendimento in condizioni cognitive normali e patologiche come nel caso di malattia di Alzheimer e X-Fragile.
- Riattivazione di cellule staminali e progenitrici neuronali adulte tramite fattori estrinseci come attivita' fisica e nutrizione per rallentare la morte neuronale durante l'invecchiamento e coadiuvare terapie rigenerative per traumi cerebrali.
- Controllo della neurogenesi: i) riattivazione di cellule staminali neurali invecchiate o difettive nel differenziamento nelle zone neurogeniche adulte; ii) terapie antitumorali tramite modulazione della neurogenesi cerebellare.
- Regolazione cerebrale dell'omeostasi energetica: integrazione di riserve energetiche e segnali di sazieta' nel SNC, neurocircuiti dell'alimentazione, comportamenti alimentari, cibo come ricompensa, disfunzioni del metabolismo e obesità.
- Basi genetiche, fattori ambientali ed interazione geni-ambiente nell'espressione comportamentale di processi motori, cognitivi ed emozionali durante lo sviluppo ed in età adulta: manipolazioni precoci e recupero funzionale in modelli animali di psicopatologie dello sviluppo, disordini psichiatrici e neurodegenerativi.

ONCOLOGIA MOLECOLARE E IMMUNITA'
Le cellule tumorali utilizzano strategie complesse per crescere, evadere il sistema immunitario ed invadere i tessuti circostanti.
I gruppi che afferiscono a questo settore si propongono di caratterizzare i meccanismi che portano allo sviluppo del cancro ed alla sua progressione integrando approcci sperimentali multidisciplinari che vanno dall'analisi dell'espressione genica, con relativa valutazione bioinformatica, alla caratterizzazione fenotipica e biochimica di modelli tumorali, sia cellulari che murini, epiteliali (prostata, mammella, NSCLC, tiroide, melanoma), cerebrali e del sistema nervoso. I processi deregolati nel cancro più studiati dai diversi gruppi sono principalmente rappresentati da: regolazione dell'espressione genica (mRNA, lncRNA e miRNA), crescita cellulare, apoptosi, ormono-dipendenza, differenziamento, angiogenesi, metastasi, risposta al danno del DNA, signaling cellula-cellula e immunità innata.
Una migliore comprensione dei meccanismi che regolano l'attivazione di specifici oncogeni (es. EGFR) e di geni oncosoppressori (ad es. membri della famiglia p53, Tis21 / BTG2), le vie di signaling intracellulare (ad es. recettore tirosin-chinasi, ipossia e proteine della lamina nucleare) e i messaggeri secondari (ad es. calcio, eNOS) sono propedeutici all'identificazione dei meccanismi di resistenza alle terapie, di nuovi biomarcatori potenziali target terapeutici (ad es. peptidi antitumorali) allo scopo di rispondere ai problemi ancora insoluti nella ricerca e nella clinica in ambito oncologico.

INFRAFRONTIER-EMMA, MONTEROTONDO MOUSE CLINIC
L'istituto ospita la sede italiana dell'infrastruttura europea Infrafrontier-EMMA.
Il CNR ha creato e sviluppato, presso il Campus Internazionale A. Buzzati-Traverso di Monterotondo, le infrastrutture internazionali in rete per le scienze della vita European Mouse Mutant Archive (EMMA) e Monterotondo Mouse Clinic (MMC), per la produzione, analisi fenotipica primaria, crioconservazione e distribuzione su larga scala di ceppi mutanti murini standardizzati, modelli innovativi di malattie umane e delle relative risorse bio-informatiche.

EMMA e MMC sono componenti essenziali del progetto Infrafrontier, selezionato dalla Roadmap Europea European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI), dalla Roadmap Italiana delle Infrastrutture di Ricerca di Interesse Pan-Europeo e dalle altre Roadmaps nazionali.

L'infrastruttura Infrafrontier si è integrata a livello operativo con International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) Il progetto Mouse Clinic è collegato alla missione di fenotipizzazione sistematica di INFRAFRONTIER e s'inserisce nell'iniziativa globale dell'International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) alla quale l'Italia ha aderito nel 2013.
INFRAFRONTIER-EMMA è una delle infrastrutture di ricerca con sostegno selettivo da parte del CNR, come illustrato in dettaglio nel Piano Triennale di Attività 2016-2018.
http://www.urp.cnr.it/copertine/ente/ente_normativa/ordinamento/2016/052.pdf