RICERCA ITALIANA     

La multipotenza delle cellule staminali retiniche: ruolo dei geni regolati dal fattore di trascrizione Rx1

Università di Pisa

Abstract

L’identificazione dei meccanismi molecolari responsabili della pluripotenzialita’ delle cellule staminali e’ un obiettivo di primaria importanza per giungere alla possibilita’ di controllare e manipolare queste cellule sia in vitro che in vivo. Infatti, la comprensione di questi processi e’ cruciale per l’ottimizzazione di protocolli di sostituzione cellulare che sono, al momento, tra le piu’ promettenti strategie per la cura delle malattie degenerative della retina.
L’anfibio Xenopus laevis rappresenta un ottimo sistema modello per identificare e studiare i geni coinvolti nella determinazione e nel mantenimento delle cellule staminali retiniche. Infatti, oltre ad offrire la possibilita’ di eseguire in breve tempo esperimenti di guadagno e perdita di funzione, Xenopus presenta una favorevole organizzazione della retina con cellule staminali localizzate nel margine ciliare (ciliary marginal zone, CMZ) dove risultano spazialmente disposte secondo un preciso ordine che riflette lo stato proliferativo o differenziativo delle cellule. Negli ultimi anni il nostro laboratorio e’ stato coinvolto nello studio di diversi fattori di trascrizione espressi nelle cellule staminali della CMZ. Tra questi, abbiamo visto che Rx1, un fattore di trascrizione homeobox necessario per lo sviluppo della retina, mostra alcune importanti caratteristiche che suggeriscono possa svolgere un ruolo critico nel programma genetico delle cellule staminali retiniche. Infatti: 1) Rx1 è espresso in >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Massimiliano Andreazzoli Università degli Studi di PISA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo scopo principale di questo progetto di ricerca e’ di identificare i geni regolati da Rx1 e di stabilirne il ruolo nella determinazione della multipotenza retinica. Un primo obiettivo e’ quello di identificare i circuiti regolatori controllati direttamente o indirettamente da Xrx1. Questo obiettivo verra’ raggiunto individuando i geni la cui espressione e’ coerentemente influenzata sia in esperimenti di guadagno che di perdita di funzione di Xrx1. Un secondo obiettivo e’ quello di definire in modo piu’ approfondito le basi molecolari dell’attivita’ di Xrx1 e di acquisire conoscenze sulle relazioni epistatiche tra Xrx1 e i geni da esso regolati. A questo scopo verranno identificati e caratterizzati i geni direttamente regolati da Xrx1. Un ultimo obiettivo di questo progetto e’ di saggiare la capacita’ di Rx1 e di alcuni suoi geni bersaglio selezionati di indirizzare le cellule verso un destino retinico. Questa potenzialita’ verra’ saggiata trasfettando i geni d’interesse in cellule pluripotenti (iPS cells) e valutando l’induzione di un destino retinico multipotente.

Risultati parziali attesi

Nonostante le proteine homeobox svolgano un ruolo importante nella regolazione di eventi cruciali dello sviluppo, le conoscenze riguardanti i geni bersaglio di queste proteine regolatorie sono attualmente molto scarse. Lo scopo di questo progetto di ricerca e’ di identificare e caratterizzare funzionalmente i geni bersaglio controllati dal fattore homeobox Rx1. Questo fattore di trascrizione svolge un ruolo chiave nello sviluppo dell’occhio come dimostrato dalla completa assenza di strutture oculari in embrioni di topo e di Xenopus in cui la funzione di Rx1 e’ stata inattivata, e dalla mancanza di retina in un paziente portatore di una mutazione nel gene RX umano. Analisi di espressione e studi funzionali indicano che Rx1 e’ necessario per la determinazione e la proliferazione di progenitori retinici. In questo progetto intendiamo identificare i geni direttamente ed indirettamente regolati di Rx1, prestando particolare attenzione ai geni responsabili della capacita’ di Rx1 di mantenere i progenitori retinici in uno stato multipotente. Ci aspettiamo che questi dati facciano luce sui meccanismi molecolari che sono alla base dello sviluppo retinico e della multipotenza delle cellule staminali. Un ulteriore risultato di questo progetto sara’ quello di fornire nuovi geni candidati per malattie genetiche che colpiscono la retina nell’uomo. Inoltre, verra’ saggiata la potenzialita’ di Rx1 e dei suoi geni bersaglio di indurre un destino retinico in cellule iPS. Poiche’ i protocolli >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Lo sviluppo della retina consiste in una successione di eventi che coinvolgono l’attivazione coordinata di geni specifici la cui funzione e’ quella di orchestrare i movimenti cellulari, la proliferazione ed il differenziamento dei precursori retinici.
Una delle sfide cruciali della biologia dello sviluppo è la comprensione dei meccanismi molecolari che sono alla base di questi eventi. Questo è infatti fondamentale sia per chiarire le basi molecolari delle malattie retiniche che per applicazioni volte a curare queste patologie. Una delle principali cause di cecità nel mondo è la Retinite Pigmentosa (RP), una malattia neurodegenerativa ereditaria. La RP causa la morte dei fotorecettori e, come conseguenza, anche la morte di cellule bipolari ed orizzontali (1, 2, 3). La sostituzione cellulare è fra le terapie maggiormente studiate per curare la RP. Recentemente due distinti protocolli hanno destato molto interesse. In particolare, il trattamento di cellule ES umane e murine con antagonisti di BMP, Wnt e nodal, e con IGF1 determina l’induzione di un destino retinico (4, 5). L’integrazione di queste cellule nella retina non è però molto efficiente, ed esse non si localizzano sempre nel corretto strato retinico. Un approccio alternativo nel topo (6) mostra che progenitori “committed” di bastoncelli, se trapiantati in retine in degenerazione, sono in grado di integrarsi e differenziarsi in bastoncelli funzionali. Anche se molto promettente, questo protocollo prevede la >>>