Laboratorio di Biologia molecolare, Citogenetica, Epigenomica

Biologia Molecolare, Citogenetica, Epigenomica

Responsabili:

  • Prof. Solomon Nergadze: Epigenomica e Bioinformatica
  • Prof. Elena Raimondi: Citogenetica Molecolare
  • Prof. Elena Giulotto: Biologia Molecolare e Cellulare

 

Collaboratori:

  • Eleonora Cappelletti (post-doc), Maria Francesca Piras (post-doc)
  • Wasma Amin Abdelgadir Ahmed (dottoranda), Lorenzo Sola (dottorando)

LINEE DI RICERCA

I progetti di ricerca riguardano i meccanismi molecolari coinvolti nel mantenimento dell’integrità del genoma dei mammiferi che svolgono un ruolo fondamentale nella cancerogenesi e nell’evoluzione. Le principali strutture necessarie per il mantenimento dell’integrità strutturale e funzionale dei cromosomi sono i centromeri ed i telomeri.

METODI DI STUDIO

Le competenze complementari dei docenti responsabili consentono di affrontare le problematiche scientifiche descritte attraverso diversi approcci sperimentali fra cui un ampio spettro di metodiche cellulari, biomolecolari (comprese tecniche di Next Generation sequencing), citogenetiche (compresa l’analisi di singole molecole di cromatina) e bioinformatiche.

IL CENTROMERO E LA SUA NATURA EPIGENETICA

I centromeri sono essenziali per la separazione dei cromosomi durante la divisione cellulare. Al contrario di quanto avviene per altri loci, la funzione dei centromeri non è determinata dalla sequenza di DNA, ma da fattori epigenetici. In particolare, la cromatina centromerica è peculiare per la presenza dell’istone H3 modificato, CENP-A, e di numerose proteine che costituiscono il complesso denominato CCAN (Constitutive Centromere Associated Network). Inoltre, la centrocromatina è caratterizzata da modificazioni istoniche, il cui ruolo nella funzione del centromero è controverso. I centromeri dei mammiferi sono tipicamente associati a DNA altamente ripetuto in tandem (DNA satellite); questo tipo di organizzazione ha ostacolato l’analisi molecolare dettagliata della cromatina centromerica.

Il nostro gruppo di ricerca ha dimostrato per la prima volta l’esistenza in natura di centromeri stabili e funzionali privi di DNA satellite (Wade et al Science 2009). Questi centromeri sono presenti in numerosi cromosomi del genere Equus (cavalli, asini e zebre); essi costituiscono un sistema modello unico per lo studio del controllo epigenetico della funzione centromerica e del suo ruolo nell’evoluzione del genoma (Piras et al, Cytogenet. Genome Res. 2009; Piras et al, PLoS Genet. 2010; Purgato et al, Chromosoma 2015; Giulotto et al, Prog. Mol. Subcell. Biol. 2017; Nergadze et al, Genome Res. 2018; Cappelletti et al, Sci. Rep. 2019; Roberti et al, Genes 2019; Peng et al. Genes (Basel) 2021; Piras et al. IJMS 2022). E’ noto che alterazioni della segregazione cromosomica sono responsabili dell’ insorgenza di anomalie del numero cromosomico osservate nella maggior parte dei tumori. Il sistema Equidi offre pertanto l’opportunità di investigare i meccanismi coinvolti nell’instabilità cromosomica associata allo sviluppo e progressione di molte forme di cancro.

L’ assenza di DNA ripetuto al centromero di molti cromosomi degli equidi ci offre la possibilità di studiare il ruolo della metilazione del DNA, della trascrizione e delle modificazioni istoniche e l’organizzazione tridimensionale della cromatina centromerica.

Collaborazioni:

  • Aurora Ruiz-Herrera (Universitat Autonoma de Barcelona, Spain),
  • Jessica Petersen (University of Nebraska),
  • Rebecca Bellone e Carrie Finno (University of California-Davis),
  • Ernest Bailey e Theodore Kalbfleisch (University of Kentucky),The Horse Genome Project, The Horse FAANG Project.

I TELOMERI

I telomeri sono strutture nucleoproteiche localizzate alle estremità dei cromosomi lineari. Nei mammiferi il DNA telomerico, costituito dalla ripetizione in tandem dell’esanucleotide TTAGGG, è legato da un complesso multiproteico denominato “shelterin”. I telomeri proteggono la terminazione dei cromosomi dalla degradazione e dalla fusione con altri telomeri. Il malfunzionamento dei telomeri causa riarrangiamenti cromosomici che possono portare alla tumorigenesi. Telomeri troppo corti sono indistinguibili da rotture accidentali del DNA e causano instabilità genomica. Il nostro gruppo ha contribuito alla dimostrazione che i telomeri sono trascritti in molecole di RNA non codificante chiamate TElomeric Repeat-containing RNA (TERRA) (Azzalin et al. Science 2007). Abbiamo poi dimostrato che la trascrizione dei telomeri è finemente regolata (Nergadze et al. RNA 2009) ed è probabilmente coinvolta nel mantenimento dell’integrità dei telomeri. E’ stato dimostrato che la deregolazione della trascrizione dell’RNA telomerico è deleteria per il metabolismo dei telomeri e porta a instabilità genomica. Difetti nella regolazione dell’espressione dell’RNA telomerico potrebbero pertanto contribuire alla cancerogenesi e alla progressione tumorale (Vitelli et al Int J Mol Sci. 2018). Il nostro gruppo si propone di studiare lo stato trascrizionale dei telomeri in cellule normali e tumorali. L’analisi dell’espressione dei telomeri in tessuti ottenuti da pazienti affetti da diversi tipi di tumore ci permetterà di studiare il legame tra la deregolazione della trascrizione dell’RNA telomerico, la cancerogenesi e la progressione tumorale.

Sequenze ripetute identiche a quelle telomeriche sono localizzate in siti interni dei cromosomi e denominate telomeri interstiziali. I nostri lavori hanno dimostrato che, nei mammiferi, i telomeri interstiziali sono stati inseriti nel corso dell’evoluzione durante la riparazione di rotture a doppio filamento attraverso un meccanismo che coinvolge la telomerasi (Nergadze et al Genome Res. 2004; Nergadze et al Genome Biol. 2007, Santagostino et al Int. J. Mol. Sci, 2020, Sola et al Int. J. Mol. Sci. 2021). Il nostro gruppo si propone di analizzare l’evoluzione e la funzione dei telomeri interstiziali utilizzando metodiche molecolari, citogenetiche e bioinformatiche.

Collaborazioni:

  • Francesco Lescai (DBB),
  • Claus Azzalin (Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes, Lisbona)