Laboratorio di Meccanismi Molecolari dell’Immunità Innata e Riconoscimento Acidi Nucleici

Responsabile: Prof. Anna Kajaste-Rudnitski

Collaboratori: Carolina Petrillo (Post-Doc), Alessandro Mapelli (PhD student), Giovanni Crivicich (PhD student), Silvia Piccolo (PhD student), Radu Marian Rivara (Lab manager)

Il Lab AKR studia e meccanismi molecolari delle interazioni vettore-ospite e dell’immunità innata nel contesto delle terapie geniche ed indaga il ruolo di questi processi in patologie del sistema nervoso centrale ed autoimmuni. Gli obiettivi a lungo termine sono di scoprire come i meccanismi che ci difendono da agenti patogeni possano impattare sull’efficacia e la sicurezza delle terapie geniche e di delucidare come queste medesime risposte possano contribuire a malattie autoimmuni ed infiammatorie.

Temi di Ricerca:

L'immunità innata e il rilevamento degli acidi nucleici sono coinvolti in un numero di processi biologici in continua crescita: dalle difese antivirali, al mantenimento dell’omeostasi dei tessuti, alle malattie. I fattori antivirali presenti nelle cellule umane e i sensori degli acidi nucleici giocano un ruolo fondamentale anche nell'efficacia e nella sicurezza della manipolazione genetica. D'altra parte, gli stessi sensori che ci proteggono dalle infezioni virali e che potrebbero ostacolare l’efficienza della manipolazione genetica, possono anche causare specifiche malattie autoimmuni se impropriamente attivati a seguito del riconoscimento di acidi nucleici endogeni. Sulla base di queste premesse, studiamo i meccanismi molecolari dell'interazione vettore-ospite e dell'immunità innata nel contesto delle terapie geniche in tessuti target rilevanti, come il sistema nervoso centrale e le cellule staminali ematopoietiche, e nel contesto di condizioni patologiche del sistema nervoso centrale e di malattie autoimmuni e infiammatorie. I nostri studi forniranno informazioni sul modo in cui il rilevamento degli acidi nucleici e i meccanismi dell’immunità innata possono influenzare l'efficacia e la sicurezza degli approcci di terapia genica nelle cellule clinicamente rilevanti. Inoltre, faranno luce sul modo in cui questi stessi pathways contribuiscono alle patologie autoimmuni e infiammatorie.

• Riconoscimento immunitario dei vettori di terapia genica
  Quest'area di ricerca è incentrata sullo studio dei fattori antivirali e delle vie di riconoscimento dell’immunità innata nel contesto dell'ingegneria genetica. Sulla base dei nostri precedenti studi stiamo indagando come i vettori virali vengono riconosciuti dalla cellula ospite ed i meccanismi di restrizione messi in atto dall’immunità innata nel contesto di diverse piattaforme utilizzate per il trasferimento genico e nelle diverse cellule clinicamente rilevanti. Questi studi di base sulle interazioni vettore-ospite consentiranno di modulare i fattori cellulari identificati o i pathways di riconoscimento dell’immunità innata nel contesto della trasduzione virale o dell'editing genico, con l'obiettivo di rendere l'ingegneria genetica il più sicura possibile, massimizzandone l'efficienza.
   
• Risposta immunitaria agli acidi nucleici nelle malattie infiammatorie
  In questo ambito siamo interessati a studiare l'immunità innata e il riconoscimento degli acidi nucleici nel contesto di malattie infiammatorie come la sindrome di Aicardi-Goutières (AGS), una rara encefalopatia monogenica in cui si ritiene che l'attivazione aberrante dell’immunità innata sia alla base della malattia, ma di cui i precisi meccanismi molecolari e i tipi di cellule coinvolti rimangono sconosciuti. Tra i vari modelli di studio, utilizziamo cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) umane con mutazioni loss of function in geni causativi dell’AGS, per analizzare i fattori scatenanti della malattia nelle cellule del sistema nervoso centrale. Questi studi permetteranno di approfondire i meccanismi patologici alla base della malattia, promuovendo lo sviluppo di terapie mirate e il miglioramento delle strategie di ingegneria genetica che ad oggi rimangono suscettibili a simili meccanismi di rilevamento immunitario innato.
   
• Meccanismi molecolari dell’interazione virus-ospite
  Quest'area di ricerca è incentrata sullo studio dei meccanismi molecolari di restrizione antivirale che operano a livello dell'ingresso del virus e sul ruolo dei fattori di restrizione identificati nell'ostacolare il trasferimento genico di altre piattaforme che sfruttano le stesse vie cellulari per accedere al citosol. Siamo inoltre interessati a come questi fattori vengono regolati ed ai loro ulteriori ruoli biologici nel contesto di tessuti sani e cancerosi.
   

Principali Collaboratori Esterni:

Angela Bachi (IFOM, MI, Italy)
Luigi Naldini (SR-Tiget, MI, Italy)
Alessandro Aiuti (SR-Tiget, MI, Italy)
Angelo Lombardo (SR-Tiget, MI, Italy)
Angela Gritti (SR-Tiget, MI, Italy)
Vasco Meneghini (SR-Tiget, MI, Italy)
Juan Bueren (CIEMAT, Madrid, Spain)
Federico Mingozzi (Spark Therapeutics, Philadelphia, USA)
Giuseppe Ronzitti (Genethon, Paris, France)
Angelo d’Alessandro (University of Colorado, Denver, USA)
 

Pubblicazioni selezionate :

1. Costa-Verdera H, Meneghini V, Fitzpatrick Z, Abou Alezz M, Fabyanic E, Huang X, Dzhashiashvili Y, Ahiya A, Mangiameli E, Valeri E, Crivicich G, Piccolo S, Cuccovillo I, Caccia R, Chan YK, Bertin B, Ronzitti G, Engel EA, Merelli I, Mingozzi F, Gritti A, Kuranda K, Kajaste-Rudnitski A. AAV vectors trigger DNA damage response-dependent pro-inflammatory signalling in human iPSC-derived CNS models and mouse brain. Nat Commun. 2025 Apr 18;16(1):3694.
2. Valeri E, Breggion S, Barzaghi F, Abou Alezz M, Crivicich G, Pagani I, Forneris F, Sartirana C, Costantini M, Costi S, Marino A, Chiarotto E, Colavito D, Cimaz R, Merelli I, Vicenzi E, Aiuti A, Kajaste-Rudnitski A. A novel STING variant triggers endothelial toxicity and SAVI disease. J Exp Med. 2024 Sep 2;221(9):e20232167.
3. Valeri E, Unali G, Piras F, Abou-Alezz M, Pais G, Benedicenti F, Lidonnici MR, Cuccovillo I, Castiglioni I, Arévalo S, Spinozzi G, Merelli I, Behrendt R, Oo A, Kim B, Landau NR, Ferrari G, Montini E, Kajaste-Rudnitski A. Removal of innate immune barriers allows efficient transduction of quiescent human hematopoietic stem cells. Mol Ther. 2024 Jan 3;32(1):124-139.
4. Unali G, Crivicich G, Pagani I, Abou-Alezz M, Folchini F, Valeri E, Matafora V, Reisz JA, Giordano AMS, Cuccovillo I, Butta GM, Donnici L, D'Alessandro A, De Francesco R, Manganaro L, Cittaro D, Merelli I, Petrillo C, Bachi A, Vicenzi E, Kajaste-Rudnitski A. Interferon-inducible phospholipids govern IFITM3-dependent endosomal antiviral immunity. EMBO J. 2023 Mar 27:e112234.
5. Ferrari S, Jacob A, Cesana D, Laugel M, Beretta S, Varesi A, Unali G, Conti A, Canarutto D, Albano L, Calabria A, Vavassori V, Cipriani C, Castiello MC, Esposito S, Brombin C, Cugnata F, Adjla O, Ayuso E, Merelli I, Villa A, Di Micco R, Kajaste-Rudnitski A, Montini E, Penaud-Budloo M, Naldini L. Choice of template delivery mitigates the genotoxic risk and adverse impact of editing in human hematopoietic stem cells. Cell Stem Cell 2022 Oct 6;29(10):1428-1444.e9.
6. Giordano AMS, Luciani M, Gatto F, Abou Alezz M, Beghè C, della Volpe L, Migliara A, Valsoni S, Genua M, Dzieciatkowska M, Frati G, Tahraoui-Bories J, Giliani S, Orcesi S, Fazzi E, Ostuni R, D’Alessandro A, Di Micco R, Merelli I, Lombardo A, Reijns MAM, Gromak N, Gritti A, Kajaste-Rudnitski A. DNA damage contributes to neurotoxic inflammation in Aicardi-Goutières Syndrome astrocytes. J Exp Med. 2022 Apr 4;219(4):e20211121.
7. Soldi M, Sergi Sergi L, Unali G, Kerzel T, Cuccovillo I, Capasso P, Annoni A, Biffi M, Rancoita PMV, Cantore A, Lombardo A, Naldini L, Squadrito ML, Kajaste-Rudnitski A. Laboratory-Scale Lentiviral Vector Production and Purification for Enhanced Ex Vivo and In Vivo Genetic Engineering. Mol Ther Methods Clin Dev. 2020 Oct 20;19:411-425.
8. Piras F and Kajaste-Rudnitski A. Antiviral immunity and nucleic acid sensing in haematopoietic stem cell gene engineering. Gene Ther. 2020 Jul 13:1-13.
9. Petrillo C, Calabria A, Piras F, Capotondo A, Spinozzi G, Cuccovillo I, Benedicenti F, Naldini L, Montini E, Biffi A, Gentner B, Kajaste-Rudnitski A. Assessing the impact of Cyclosporine A on lentiviral transduction and preservation of human hematopoietic stem cells in clinically relevant ex-vivo gene therapy settings. Hum Gene Ther. 2019 Apr 30.
10. Petrillo C, Thorne LG, Unali G, Schiroli G, Giordano AMS, Piras F, Cuccovillo I, Petit SJ, Ahsan F, Noursadeghi M, Clare BS, Genovese P, Gentner B, Cittaro D, Naldini L, Towers GJ, Kajaste-Rudnitski A. Cyclosporine H Overcomes Innate Immune Restrictions to Improve Lentiviral Transduction and Gene Editing In Human Hematopoietic Stem Cells. Cell Stem Cell. 2018 Dec 6;23(6):820-832.e9. Recommended in F1000Prime as being of special significance in its field.
11. Piras F, Riba M, Petrillo C, Lazarevic D, Cuccovillo I, Bartolaccini S, Stupka E, Gentner B, Cittaro D, Naldini L, Kajaste-Rudnitski A. Lentiviral Vectors Escape Innate Sensing but Trigger p53 In Human Hematopoietic Stem and Progenitor Cells. EMBO Mol Med. Sep;9(9):1198-1211. 2017.
12. Petrillo C, Cesana D, Piras F, Bartolaccini S, Naldini L, Montini E, Kajaste-Rudnitski A. Cyclosporin A and Rapamycin relieve distinct lentiviral restriction blocks in hematopoietic stem and progenitor cells. Mol Ther., Feb. 23. 2015.