RICERCA ITALIANA     

Controllo genico nello sviluppo del cervelletto e nell'insorgenza del medulloblastoma

Abstract

Questo progetto intende studiare il controllo genico dello sviluppo del cervelletto, attraverso l'azione congiunta di ricercatori israeliani ed italiani già in collaborazione tra loro su questo argomento e dotati di ampia e complementare esperienza nel campo. Una disfunzione del cervelletto porta a gravi disordini motori ed affettivi ed anche a tumorigenesi.
E' per noi cruciale lo studio dell'attività e delle interazioni fra i geni che controllano la proliferazione e il differenziamento dei precursori dei granuli del cervelletto (GCP), dato che queste cellule sono responsabili del corretto sviluppo del cervelletto e dell'insorgenza del medulloblastoma (MB), il più comune tumore cerebrale infantile. I granuli del cervelletto, di cui essi sono il più importante tipo di neurone, derivano infatti dai GCP. Questi ultimi danno origine sia a GCP che differenziano in neuroni post-mitotici - i quali migrano all'interno formando la massa del cervelletto - sia ad altri GCP che nel topo continuano a dividersi sino alla seconda settimana dopo la nascita, mantenendo il pool di GCP. Una sregolazione nel controllo della proliferazione e differenziamento dei GCP durante lo sviluppo del cervelletto li trasforma in GCP cancerosi che si dividono senza controllo, originando il MB. Inoltre, una popolazione recentemente identificata di GCP che persiste nel cervelletto dopo che il suo sviluppo è terminato -equivalente quindi a cellule staminali adulte- può riprendere a proliferare a seguito>>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Felice TIRONE, CNR

Obiettivo del Finanziamento

Scopo di questa proposta è stabilire un progetto leader nel campo del controllo genico dello SVILUPPO DEL CERVELLETTO, con particolare attenzione ai granuli del cervelletto, neuroni che rappresentano il 90% di quelli dell'intero cervello. Gli studi previsti miglioreranno la comprensione dei processi alla base dello sviluppo delle cellule staminali neuronali in granuli del cervelletto (es. il differenziamento) e della crescita dei tumori cerebrali, (es. la regolazione del ciclo cellulare). Una sregolazione dei processi di proliferazione e differenziamento dei precursori dei granuli del cervelletto durante le prime settimane di vita, può dare luogo ad una loro proliferazione incontrollata che porta al MEDULLOBLASTOMA (MB), il più comune TUMORE CEREBRALE INFANTILE.

Il nostro approccio per comprendere l'eziologia del MB è peculiare in quanto nasce dal fatto che le cellule tumorali sono meno differenziate delle cellule normali, ritenendo caratteristiche embrionali quali l'abilità di proliferare. Perciò, crediamo che la comprensione del normale processo di sviluppo sia cruciale per la conoscenza del comportamento delle cellule tumorali. Prevediamo di studiare e identificare geni la cui funzione sia importante nel normale sviluppo dei granuli del cervelletto, e comprenderne il ruolo nella genesi del MB. Tali geni possono poi rappresentare targets della terapia genica e/o farmacologica. Il contributo che deriverà dai partners Israeliani sarà indispensabile, in. Infatti l'interruzione della funzione del cervelletto è associata a patologie non solo del controllo motorio come l'atassia, ma anche a schizofrenia e autismo. Inoltre, un mancato controllo della proliferazione dei precursori cerebellari porta al MB, uno dei tumori più refrattari a trattamento.
Il cervelletto si sviluppa da un epitelio germinativo alla base del quarto ventricolo, il ""rhombic lip"" (labbro rombico) [2]. In questa regione sino dal 12° giorno embrionale in topo, le cellule staminali neurali danno origine ai precursori dei granuli cerebellari (GCP), che migrano alla superficie del cervelletto in corso di sviluppo dando origine allo strato granulare esterno (EGL). Le cellule del rhombic lip e dell'EGL esprimono il fattore di trascrizione Math1 e proliferano sino alla seconda settimana di vita post-natale, generando strati sovrapposti di granuli [3]. Dopo la seconda settimana di vita l'EGL in topo scompare, dato che tutti i GCP dell'EGL diventano post-mitotici e migrano nella corteccia cerebellare [2].
BEN-ARIE ha mostrato in precedenza come Math1 sia essenziale alla generazione dei granuli del cervelletto a partire dalle cellule neurali staminali site nel rhombic lip. Infatti i topi con delezione di Math1 sono privi di EGL alla nascita [4]. Inoltre l'analisi di espressione mediante microarray dei medulloblastomi indica che il tumore è simile a cellule dei granuli embrionali e che questo tumore effettivamente origina da granuli cerebellari proliferanti, equivalenti ai GCP [5]. In molte biopsie di medulloblastomi umani si è rilevato un alto livello di Math1, che è risultato non solo marker diagnostico, ma addirittura ha permesso l'identificazione di un nuovo sottotipo di tumore [6]. Inoltre, i geni normalmente attivati da Math1 sono probabilmente sovra-attivati nei pazienti, con una sregolazione che favorisce lo sviluppo del MB. Per questo motivo il gruppo di Ben-Arie intende identificare geni coinvolti nello sviluppo del MB cercando geni regolati da Math1. A questo scopo egli userà DNA microarrays, immunoprecipitazione cromatinica, analisi bioinformatica e validazione sperimentale IN COLLABORAZIONE CON I PARTNERS ITALIANI.

TIRONE, che ha isolato il gene PC3 e dimostrato come esso inibisca il ciclo cellulare alla fase G1 [7], ha recentemente osservato in collaborazione con quello di Ben-Arie che il gene PC3 esercita una duplice funzione durante lo sviluppo del cervelletto [8]. Infatti PC3, che è fisiologicamente espresso nei GCP nell'EGL, ne promuove l'arresto del ciclo in G1 e, parallellamente, induce Math1 come gene target a valle. Questa duplice azione di PC3 coordinerebbe i due processi chiave richiesti nel differenziamento dei GCPs, cioè arresto della crescita e induzione di Math1, e potrebbe quindi essere cruciale per un efficiente differenziamento [8]. Data l'abilità di PC3 di inibire la proliferazione dei GCP, il GRUPPO TIRONE, in COLLABORAZIONE CON GULINO BEN-ARIE E PAZZAGLIA, verificherà se PC3 ha un ruolo come tumor-suppressor endogeno dei medulloblastomi.


GULINO ha invece recentemente descritto come una delezione al cromosoma 17p, molto frequente nei medulloblastomi umani [9], porta alla perdita di RENKCTD11, nuovo putativo tumor-suppressor, che dallo stesso gruppo è stato in precedenza osservato inibire la crescita del MB antagonizzando il pathway di Sonic Hedgehog [Shh; 10]. L'espressione di REN è regolata nello sviluppo, essendo presente nel foglio neurale alla gastrulazione e poi nel tubo neurale e nel neuroepitelio encefalico [11]. Che REN abbia un ruolo nella neurogenesi è suggerito dall'abilità di indurre il differenziamento di neuroblastoma e di precursori striatali [11].
Inoltre, Shh, secreto dalle cellule Purkinje del cervelletto, risulta il più potente mitogeno dei GCP [12]. La mancata interruzione del pathway Shh durante lo sviluppo causa una proliferazione incontrollata dei GCPs, che poi porta a crescita tumorale. Infatti una incontrollata attivazione del pathway Shh è responsabile dello sviluppo di MB nei topi Patched (Ptc+/-), come mostrato dal GRUPPO PAZZAGLIA [13, 14] ed una delezione di Patched si ha anche nel 25% dei medulloblastomi umani [15, 16]. Il blocco dell'azione di tumor-suppression di REN solleva la domanda del suo ruolo nel normale sviluppo del cervelletto. Quindi il gruppo Gulino si propone di analizzare se la perdita di funzione di REN libera il pathway Shh da una inibizione, favorendo lo sviluppo di MB, e di valutare il profilo genico IN COLLABORAZIONE CON BEN-ARIE E MARGALIT.

Una nuova via investigativa nasce dalla recente scoperta che le cellule staminali persistono anche nel cervelletto adulto, dove sono in grado di riprendere a proliferare e generare nuovi neuroni [17]. C'è chiara evidenza che i tumori cerebrali nascano da cellule staminali adulte [4]. Le cellule staminali hanno la propietà unica di avere una lunga vita e di mantenere la capacità di replicare, e quindi di poter accumulare possibili mutazioni. Perciò, dal momento che la capacità di auto-riprodursi è un aspetto tipico delle cellule tumorali, è plausibile che alcuni dei geni che regolano la riproduzione nelle cellule staminali siano gli stessi nei tumori.]>>>

Durata

36 mesi