RICERCA ITALIANA     

IL PROCESSO INFIAMMATORIO: FISIOPATOLOGIA CELLULARE E MOLECOLARE

Università degli Studi di Verona

Abstract

Il progetto complessivo, che si articola in vari sottoprogetti condotti da cinque Unità Operative, affronta una serie di problemi significativi per la comprensione della reazione infiammatoria a livello cellulare e molecolare, e altri relativi alla patogenesi di reazioni infiammatorie alla base di specifiche patologie flogistiche umane. Tre sono gli argomenti generali principali all'interno dei quali sono raggruppati le ricerche delle varie Unità Operative: 1. I meccanismi molecolari e biochimici che regolano le funzioni effettrici delle cellule infiammatorie e che controllano la produzione e gli effetti di citochine e chemochine; 2. La caratterizzazione delle azioni biologiche e dei circuiti regolatori di altri mediatori dell'infiammazione e di fattori di virulenza batterici; 3. La patogenesi cellulare e molecolare di alcune malattie infiammatorie umane. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Marco Antonio CASSATELLA Università degli Studi di VERONA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Questo programma di ricerca rappresenta la continuazione di un progetto precedentemente finanziato dal MIUR sui principali aspetti di base ed applicati del processo infiammatorio. La validita' di un progetto che si occupi dell'infiammazione si ricava: 1) dalla presenza di questo processo in quasi tutti gli eventi patologici in termini di espressione cellulare e, soprattutto, molecolare; 2) dal significato che le nuove acquisizioni sul piano molecolare e cellulare attribuiscono oggi alla reazione infiammatoria; 3) dalla possibilità di individuare nuove strategie terapeutiche. Il processo infiammatorio si caratterizza per un insieme di eventi reattivi, correlati e integrati tra loro, coinvolgenti sistemi plasmatici e cellulari, innescati e regolati dalla generazione di segnali autocrini, paracrini e, talora, endocrini, e dalla attivazione funzionale di molti tipi di cellule immunologiche e non immunologiche. La crescita delle conoscenze sul piano molecolare di questi eventi reattivi ha portato ad attribuire alla reazione infiammatoria un significato molto più ampio rispetto a quelli di meccanismo naturale di difesa, in quanto questi eventi reattivi si trovano espressi anche in processi patologici differenti da quelli classicamente identificati come infiammazioni. Infatti, i processi molecolari e biochimici precedentemente individuati e applicati ai classici processi infiammatori, quali la produzione di segnali plasmatici, la generazione cellulare di mediatori (citochine, fattori di crescita, fattori chemiotattici, eicosanoidi, eccetera) e la loro azione, sono in realtà alla base dei molti altri eventi fisiopatologici fino a qualche tempo fa non correlati con l'infiammazione. Per fare alcuni esempi, mentre secondo la vecchia impostazione sono sicuramente processi infiammatori le artriti, le encefaliti, le polmoniti, gli ascessi, i granulomi tubercolari, in realtà si esprimono e sono regolati dallo stesso "linguaggio molecolare" ricalcando il "modello infiammatorio" anche la regolazione della risposta immunitaria, l'espressione della risposta immunitaria, lo shock, la formazione della placca ateromatosa, la difesa antitumorale, l'aggregazione piastrinica, la trombosi e i meccanismi responsabili dei danni cerebrali nell'Alzheimer, nell'invecchiamento e in altre malattie del sistema nervoso centrale incluse l'AIDS. Il "modello" della reazione infiammatoria rappresenta, quindi, uno degli aspetti più significativi della patologia, per cui il suo studio, condotto su più piani e da competenze culturali e tecnologiche diverse, acquisisce conoscenze utili agli effetti della comprensione di gran parte della patologia e delle malattie. Le funzioni delle cellule infiammatorie sono frequentemente studiate come modelli applicabili ad altre cellule in relazione ad eventi fisiologici e patologici diversi. Basti pensare alle ricerche sui meccanismi di attivazione genica, sulla trasduzione dei segnali, all'uso di cellule di animali knock-out, per cui vengono impiegati segnali e cellule classicamente infiammatorie quali i linfociti, i monociti, i macrofagi. La cultura sull'infiammazione è pertanto una cultura di significato molto ampio in quanto la ricerca e il progresso in questo campo possono essere applicati a quasi tutti i settori della biologia e patologia cellulare e quindi alla medicina. Il chiarimento dei meccanismi molecolari patogenetici dell'infiammazione nelle sue varie espressioni sta dando un notevole contributo alla individuazione di nuove terapie in grado di regolare i vari eventi di cui si compone la reazione infiammatoria. Ad esempio stanno emergendo nuove strategie per controllare l'espressione genica delle cellule infiammatorie, la trasduzione dei segnali attraverso cui si esprimono gli effetti di varie molecole, il bilancio tra fattori pro e anti-infiammatori, la sintesi e l'azione di numerosi mediatori. Le ricerche e i risultati previsti dal presente progetto potranno dare ulteriori indicazioni per esempio per il controllo farmacologico della migrazione dei leucociti nel focolaio infiammatorio, dello stato di attivazione delle cellule infiammatorie, della sintesi di citochine e chemochine, degli effetti biologici del sistema del complemento e di nuovi mediatori dell'infiammazione, della espressione di reazioni infiammatorie specifiche quali la gastrite da Helicobacter pilory o malattie polmonari croniche. Obiettivi generali del progetto sono: 1) comprendere il "linguaggio dell'infiammazione", cioe' quell'insieme di meccanismi molecolari che regolano l'innesco, l'evoluzione e gli effetti dei fenomeni vascolari e cellulari dell'infiammazione: 2) analizzare le modalita' con cui questo "linguaggio" si esprime in malattie o processi patologici con componente infiammatoria; 3) individuare nuove strategie terapeutiche intese a regolare l'infiammazione.

Nell'ambito di queste tematiche: l'U.O. #1 e' impegnata nella caratterizzazione dei meccanismi molecolari che regolano la produzione di nuove citochine da parte di neutrofili e altri fagociti; l'U.O. #2 si prefigge di identificare i circuiti che regolano le funzioni delle citochine infiammatorie, dei recettori "decoy" e delle proteine appartenenti alla famiglia delle pentrassine lunghe; l' U.O. #3 si propone di continuare ed espandere le ricerche gia' svolte sui meccanismi d'azione dei fattori di virulenza batterici prodotti da Bacillus anthracis e da Helicobacter pylori e della risposta infiammatoria da essi evocata; l'U.O. #4 mira ad approfondire le conoscenze sulla fisiopatologia dei processi infiammatori che hanno luogo nel tratto respiratorio umano; l'U.O. #5 si propone di meglio definire il ruolo del sistema complementare come sistema di riconoscimento e di danno nel processo flogistico. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le basi di partenza scientifica riguardano, da un lato, lo stato del problema riguardante l'eziopatogenesi dei fenomeni che compongono la reazione infiammatoria e il loro significato in biologia e patologia (punto A), dall'altro, le attivita' di ricerca, i risultati conseguiti e la rilevanza dei contributi scientifici da parte dei partecipanti al progetto, a livello delle singole Unita' Operative (vedi bibliografia dei rispettivi modelli B) (punto B).

(A). Il progresso delle conoscenze di biologia molecolare, di biochimica e di biologia cellulare ha dato un notevole impulso allo studio dei meccanismi che regolano la reazione infiammatoria e le sue varie espressioni, fino a pochi anni fa conosciuti quasi esclusivamente sul piano morfologico e relativamente a qualche funzione cellulare (chemiotassi, fagocitosi, fenomeni essudativi)(1,2). Sono state cosi' approfondite le conoscenze di molti eventi cellulari, soprattutto a livello molecolare, e, contemporaneamente, sono stati aperti nuovi problemi e indicati nuovi livelli di indagine (1,2). Tra i molti se ne riportano qui di seguito, alcuni essendo oggetto di studio da parte delle Unita' Operative del presente progetto. 1. I meccanismi di attivazione e deattivazione funzionale delle cellule infiammatorie che comprendono molteplici eventi quali la generazione dei segnali, il loro riconoscimento da parte di apparati recettoriali delle varie cellule, la trasduzione dei segnali in funzioni cellulari (attivazione) attraverso le varie vie di trasduzione, il cross-talk tra segnali e tra vie di trasduzione e funzioni cellulari diverse. 2. La complessa rete dei mediatori, inclusi i sistemi polimolecolari solubili e le citochine/chemochine, che regolano tutti i fenomeni cellulari dell'infiammazione e li collegano con la risposta immunitaria. 3. Il problema della eterogeneita' funzionale delle cellule infiammatorie. In rapporto all'evento eziologico, allo stato immunitario e ai tipi di mediatori si possono avere modificazioni funzionali delle cellule infiammatorie dipendenti o indipendenti da variazioni dell'espressione genica. Con questi due meccanismi si possono avere differenti stati di "priming", modificazioni dell'espressione di molecole di superficie (recettori, integrine, altre molecole adesive) o di enzimi (componenti della NO sintasi, protein chinasi), aumenti o diminuzioni di responsivita' con evoluzioni, aspetti ed esiti diversi della reazione infiammatoria. La rilevanza di questi problemi supera il loro rapporto con l'infiammazione, in quanto sono gli stessi che si pongono e devono essere risolti per comprendere la gran parte dei fenomeni che riguardano la biologia e la patologia cellulare, anche non coinvolgenti cellule ed eventi tipici della reazione infiammatoria. Di conseguenza lo studio dei meccanismi della infiammazione interessa problemi che hanno rilevanza universale in fisiologia e patologia.

(B) La validita' del presente progetto e' documentata dalla attivita' di ricerca e dalla competenza dei componenti le varie Unita' Operative (U.O.). In primo luogo va tenuto in considerazione il fatto che il presente progetto di ricerca e' la continuazione di un progetto gia' iniziato e finanziato dal MIUR negli scorsi bienni PRIN, e a cui hanno partecipato molte delle Unita' Operative che attualmente compongono il gruppo. Ne deriva che la collaborazione, gli scambi e i collegamenti sono gia' in atto da tempo, hanno dato e danno sempre frutti positivi (come ampiamente evidenziato nell'ambito del presente progetto). In secondo luogo lo scrivente sottolinea che le U.O. del progetto sono state tutte individuate e scelte sulla base della loro validita' scientifica e degli argomenti di cui si occupano. Risultera' facile rilevare dall'esame dei modelli B che i componenti delle varie U.O. hanno dato contributi notevoli nei vari campi in cui hanno svolto/svolgono attivita' di ricerca e dei quali sono tutti "leaders" riconosciuti in campo internazionale. Si menzionano qui di seguito i contributi piu' recenti e rilevanti dei componenti delle unita'operative (numerate secondo ordine alfabetico): l'U.O.#1 sulla produzione di citochine e sulla regolazione dell'espressione genica da parte dei neutrofili (3-6); l'U.O.#2 sulla identificazione di nuove proteine della fase acuta e la caratterizzazione e funzione di nuove citochine/chemochine, recettori di tipo "decoy" e sui circuiti regolatori della loro azione biologica (7-10); l'U.O.#3 sulla messa a punto di un vaccino anti-Helicobacter pylori, che costituisce uno dei progetti piu' importanti di una industria italiana di biotecnologia (11-14): l'U.O.#4 sulla patogenesi cellulare e molecolare delle infiammazioni polmonari (15-18); l' U.O.#5 sulle nuove funzioni del sistema del complemento (19-22).

E' importante sottolineare come molte unità operative seguono linee di ricerca con finalità e approcci complementari, per cui in passato hanno collaborato e continuano a collaborare anche attualmente, mettendo in comune esperienze, metodologie e attrezzature. A questo proposito si menzionano le collaborazioni tra l'U.O.#1 e l'U.0.#2 sulla produzione di MCP-1 nella microglia (J.Immunol. 157, 1213-1218, 1996), sulla produzione di MIP-3alfa e MIP-3beta da parte di neutrofili (Eur J Immunol, 31:1981-8, 2001); sulla produzione di CCL18 da parte di cellule dendritiche (J Immunol. 17:3843-9, 2003), di CCL1 da parte di monociti umani (manoscritto spedito) e sul programma trascrizionale indotto da IL-10 in cellule dendritiche umane (J Immunol. 2004 Jun 1;172(11):7031-42); quella tra l'U.O.#1 e U.O.#3 sull'effetto della HP-NAP sul "respiratory burst" dei neutrofili (J. Exp. Med. 191:1467-76, 2000) e sulla produzione di BLyS da parte di granulociti umani trattati con G-CSF (J Exp Med. 2003 Feb 3;197(3):297-302); quella tra l'U.O.#1 e l'U.0.#4 sulla produzione di anione superossido da parte di macrofagi alveolari isolati da pazienti affetti da sarcoidosi attiva (Immunology. 1989 Mar;66(3):451-8), sulla produzione di chemochine come CXCL10/IP-10 (J Immunol. 161: 6413-20, 1998) e CCL20/MIP3alfa (manoscritto in preparazione), e di citochine nei pazienti HIV positivi (AIDS 12 :373-9, 1998); quella tra l'U.O.#2 e l'U.0.#5 dedicati a una serie di studi dedicati al complemento (J Exp Med. 185, 619-27, 1997; Blood. 99:185-92, 2002) e sulla pentraxina (J Biol Chem. 272, 32817-23, 1997); quella tra l'U.O.#3 e l'U.0.#4 sul "signaling" attivato da HP-NAP (Eur J Immunol. 2003 Apr;33(4):840-9).

Infine, si ritiene giusto enfatizzare anche che questi gruppi di lavoro, dal 2001, hanno pubblicato piu' di 200 lavori su riviste internazionali molto quotate, tra le quali quelle del gruppo "Nature" (3 pubblicazioni), Annu.Rev.Immunol. (2 pubblicazioni), J. Exp.Med. (7 pubblicazioni), J. Clin. Invest. (3 pubblicazioni), P.N.A.S. (3 pubblicazioni), EMBO J. (2 pubblicazioni), Lancet (1 pubblicazione), vari "Trends in…...." (8 pubblicazioni), Blood (12 pubblicazioni), Am. J. Pathol. (2 pubblicazioni), J. Immunol. (15 pubblicazioni), solo per citarne alcune. <<<