Untitled - Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri

DIPARTIMENTO DI BIOCHIMICA
E FARMACOLOGIA MOLECOLARE
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Capo Dipartimento
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Mario SALMONA, Dr.Sci.Prep.Alim.
Laboratorio di Biochimica e Chimica delle Proteine
Capo Laboratorio
Mario SALMONA, Dr.Sci.Prep.Alim.
Unità di Patologia Umana in Organismi Modello
Capo Unità
Luisa DIOMEDE, Dr. Anal.Chim.Biol.
Laboratorio di Biologia Molecolare
Capo Laboratorio
Enrico GARATTINI, Dr.Med.Chir.
Unità di Farmacogenomica
Capo Unità
Maddalena FRATELLI, Dr.Sci.Biol.
Unità di Struttura e Regolazione del Gene
Capo Unità
Mineko TERAO, Ph.D.Bioch.
Laboratorio di Farmacodinamica e Farmacocinetica
Capo Laboratorio
Marco GOBBI, Dr.Farm.
Laboratorio di Patologia Molecolare
Capo Laboratorio
Lavinia CANTONI, Dr.Sci.Biol.
Laboratorio di Proteomica Traslazionale
Capo Laboratorio
Valentina BONETTO, Dr.CTF
Laboratorio per lo Studio dei Sistemi Biologici
Capo Laboratorio
Gianfranco BAZZONI, Dr.Med.Chir.
Laboratorio di Trasduzione del Segnale
Capo Laboratorio
Ester ZITO, Dr. CTF, Ph.D. Genetics
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Mario Salmona si è laureato in Scienze delle Preparazioni Alimentari nel 1971 presso l'Università di Milano. Nel 1974
ha conseguito il diploma in Specialista in Ricerca Farmacologica presso l'Istituto Mario Negri di Milano. Si occupa da
oltre quindici anni dei meccanismi molecolari che sono alla base dell’insorgenza e progressione delle malattie da prioni.
E’ autore di più di 300 articoli pubblicati su riviste internazionali. Il numero totale di citazioni dei suoi lavori è di
10.500 e il suo fattore h è di 55.
1971-1975 Post-doctoral fellow nel Laboratorio di Farmacologia Biochimica, Istituto Mario Negri
1975 e 1986 Visiting Scientist presso il Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israele
1976-1997 Capo del Laboratorio di Enzimologia, Istituto Mario Negri
1995-2011 Direttore della Scuola di Farmacologia, Istituto Mario Negri
1997- Capo del Dipartimento di Biochimica e Farmacologia Molecolare, Istituto Mario Negri
Dal 2007 membro effettivo del panel europeo che sta implementando il progetto “The European Advanced
Translational Research Infrastructure in Medicine” (EATRIS).
Principali pubblicazioni

Diomede L, Di Fede G, Romeo M, Bagnati R, Ghidoni R, Fiordaliso F, Salio M, Rossi A, Catania M, Paterlini A, Benussi L, Bastone A,
Stravalaci M, Gobbi M, Tagliavini F, Salmona M. Expression of A2V-mutated Aβ in Caenorhabditis elegans results in oligomer formation
and toxicity. Neurobiol Dis. 2014 62: 521-32

Stoilova T, Colombo L, Forloni G, Tagliavini F, Salmona M. A new face for old antibiotics: tetracyclines in treatment of amyloidoses. J
Med Chem. 2013 56: 5987-6006

Sclip A, Arnaboldi A, Colombo I, Veglianese P, Colombo L, Messa M, Mancini S, Cimini S, Morelli F, Antoniou X, Welker E, Salmona
M, Borsello T. Soluble Aβ oligomer-induced synaptopathy: c-Jun N-terminal kinase's role. J Mol Cell Biol. 2013 5: 277-9

Beeg M, Diomede L, Stravalaci M, Salmona M, Gobbi M. Novel approaches for studying amyloidogenic peptides/proteins. Curr Opin
Pharmacol. 2013 13: 797-801

Rossi G, Bastone A, Piccoli E, Morbin M, Mazzoleni G, Fugnanesi V, Beeg M, Del Favero E, Cantù L, Motta S, Salsano E, Pareyson D,
Erbetta A, Elia AE, Del Sorbo F, Silani V, Morelli C, Salmona M, Tagliavini F. Different mutations at V363 MAPT codon are associated
with atypical clinical phenotypes and show unusual structural and functional features. Neurobiol Aging. 2014 35: 408-17

Bigini P, Previdi S, Casarin E, Silvestri D, Violatto MB, Facchin S, Sitia L, Rosato A, Zuccolotto G, Realdon N, Fiordaliso F, Salmona M,
Morpurgo M. In vivo fate of avidin-nucleic Acid nanoassemblies as multifunctional diagnostic tools. ACS Nano. 2014 8: 175-87
Gianfranco Bazzoni si è laureato con lode in Medicina e Chirurgia nel 1988 presso l’Università degli Studi di Milano.
Nel 1992, ha conseguito il diploma di Specializzazione in Ricerca Farmacologica presso l’Istituto Mario Negri di
Milano. Le aree di interesse comprendono la Biologia Cellulare e in particolare lo studio dell’adesione e della
migrazione delle cellule.
1988-2000 Borsista, Istituto Mario Negri
1993-1997 Post-doctoral Fellow presso il Dana Farber Cancer Institute e Harvard Medical School, Boston, MA
2000-2002 Ricercatore, Istituto Mario Negri
2002-2003 Capo dell’Unità di Adesione Cellulare, Istituto Mario Negri
Dal 2004 a oggi Capo del Laboratorio per lo studio dei Sistemi Biologici, Istituto Mario Negri
Dal 2004 Membro The American Physiological Society, Bethesda, MD.
Principali pubblicazioni

Paris L, Bazzoni G The protein interaction network of the epithelial junctional complex: a system-level analysis Mol Biol Cell 2008 19:
5409-5421

Paris L, Tonutti L, Vannini C, Bazzoni G. Structural organization of the tight junction. Biochim Biophys Acta 2008 1778: 646-659

Huang H, Cruz F, Bazzoni G. Junctional adhesion molecule-A regulates cell migration and resistance to shear stress. J. Cell Physiol 2006;
209; 122-130.

Martinez-Estrada OM, Manzi L, Tonetti P, Dejana E, Bazzoni G. Opposite effects of Tumor Necrosis Factor and soluble fibronectin on
Junctional Adhesion Molecule-A in endothelial cells. Am J Physiol (Lung Cell Mol Physiol) 2005; 288: L1081-L1088.

Bazzoni G, Tonetti P, Manzi L, Cera MR, Balconi G, Dejana E. Expression of Junction Adhesion Molecule-A prevents spontaneous and
random motility. J Cell Sci 2005; 118: 623-632.

Bazzoni G, Dejana E. Endothelial cell-to-cell junctions: molecular organization and role in vascular homeostasis. Physiol Rev 2004; 84(3):
869-901.
Valentina Bonetto si è laureata in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche all'Università di Padova nel 1993. Ha
conseguito il titolo di PhD in Biochimica Medica nel 1999 presso il Dipartimento di Biochimica e Biofisica Medica
dell'Istituto Karolinska, Stoccolma, Svezia. Le sue principali linee di ricerca sono: 1) Studio dei meccanismi
patogenetici alla base della sclerosi laterale amiotrofica (SLA); 2) Identificazione di biomarcatori della SLA; 3) Analisi
delle modifiche ossidative e delle alterazioni proteomiche nelle malattie neurodegenerative. Questi aspetti sono indagati
con diversi approcci sperimentali, in vivo e in vitro, utilizzando tecnologie avanzate come la spettrometria di massa.
2000-2009 Ricercatore nel laboratorio di Biochimica e Chimica delle Proteine dell’Istituto Mario Negri
2002-2009 anche Assistant Telethon Scientist all'Istituto Telethon Dulbecco presso l’Istituto Mario Negri
2007-2009 Capo dell’Unità di Biochimica Medica dell’Istituto Mario Negri
Dal 2009 ad oggi Capo del Laboratorio di Proteomica Traslazionale e Associate Telethon Scientist.
Principali pubblicazioni
•
Basso M., Pozzi S., Tortarolo M., Fiordaliso F., Bisighini C., Pasetto L., Spaltro G., Lidonnici D., Gensano F., Battaglia E., Bendotti C.,
Bonetto V. ( 2013) Mutant Copper-Zinc Superoxide Dismutase (SOD1) induces protein secretion pathway alterations and exosome release
in astrocytes: implications for disease spreading and motor neuron pathology in amyotrophic lateral sclerosis. J. Biol. Chem., 288:1569915711.
•
Nardo G, Pozzi S, Pignataro M, Lauranzano E, Spano G, Garbelli S, Mantovani S, Marinou K, Papetti L, Monteforte M, Torri V, Paris L,
Bazzoni G, Lunetta C, Corbo M, Mora G, Bendotti C, Bonetto V. (2011) Amyotrophic lateral sclerosis multiprotein biomarkers in
peripheral blood mononuclear cells. PLoS ONE, 6:e25545.
•
Basso M., Samengo G., Nardo G., Massignan T., D’Alessandro G., Tartari S., Cantoni L., Marino M., Cheroni C., De Biasi S., Giordana M.
T., Strong M.J., Estevez A.G., Salmona M., Bendotti C., Bonetto V. (2009) Characterization of detergent-insoluble proteins in ALS
indicates a causal link between nitrative stress and aggregation in pathogenesis. PLoS ONE, 4:e8130.
•
Nardo, G., Pozzi, S., Mantovani, S., Garbelli, S., Marinou, K., Basso, M., Mora, G., Bendotti, C., Bonetto, V. (2009) Nitroproteomics of
peripheral blood mononuclear cells from patients and a rat model of ALS. Antioxid. Redox Signal., 11: 1559-1567.
•
Basso M., Massignan T., Samengo G., Cheroni C., De Biasi S., Salmona M., Bendotti C., Bonetto V. (2006) Insoluble mutant SOD1 is
partly oligoubiquitinated in amyotrophic lateral sclerosis mice. J. Biol. Chem., 281:33325-33335.
•
Casoni, F., Basso, M., Massignan, T., Gianazza, E., Cheroni, C., Salmona, M., Bendotti, C., Bonetto, V. (2005) Protein nitration in a mouse
model of familial amyotrophic lateral sclerosis: Possible multifunctional role in the pathogenesis. J. Biol. Chem., 280: 16295-16304.
Lavinia Cantoni si è laureata con lode nel 1973 in Scienze Biologiche presso l'Università degli Studi di Milano. Nel
1977 ha conseguito il diploma di Specializzazione in Ricerca Farmacologica presso l'Istituto Mario Negri di Milano.
Le principali aree di ricerca riguardano i meccanismi biochimico-molecolari attivati dallo stress ossidativo e il ruolo di
porfirine ed emoproteine nel metabolismo dei farmaci e in patologia.
1974-1977 Borsista dell’Istituto Mario Negri
1977-1978 Post-doctoral Fellow presso il Medical Research Council, Toxicology Unit, Carshalton, UK (Vincitore di
una WellcomeTrust Research Fellowship)
1979-1982 Ricercatore, Istituto Mario Negri
1980-1990 Visiting Scientist per brevi periodi presso la Toxicology Unit, Carshalton, UK, e presso il Cornell Medical
Center di New York, USA
1983-1997 Capo dell'Unità di Metabolismo dell'Eme e delle Emoproteine, Istituto Mario Negri
Dal 1998 Capo del Laboratorio di Patologia Molecolare, Istituto Mario Negri
Dal 1975 Membro Ordine Nazionale dei Biologi
Dal 1983 Membro Società Italiana di Tossicologia.
Revisore per lo stress ossidativo e le neuroscienze per riviste scientifiche internazionali.
Principali pubblicazioni

Cimini S, Rizzardini M, Biella G, Cantoni L. Hypoxia causes autophagic stress and derangement of metabolic adaptation in a cell model of
amyotrophic lateral sclerosis. J Neurochem 2013 epub.

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
D'Alessandro G, Calcagno E, Tartari S, Rizzardini M, Invernizzi RW, Cantoni L. Glutamate and glutathione interplay in a motor neuronal
model of amyotrophic lateral sclerosis reveals altered energy metabolism. Neurobiol Dis. 2011, 43:346-55.
Tartari S, D’Alessandro G, Babetto E, Rizzardini M, Conforti L, Cantoni L. Adaptation to G93Asuperoxide dismutase 1 in a motor
neuron cell line model of amyotrophic lateral sclerosis. The role of glutathione. FEBS J. 2009; 276: 2861-2874.
Babetto E, Mangolini A, Rizzardini M, Lupi M, Conforti L, Poletti A, Rusmini P, Cantoni L. Tetracycline-regulated gene expression in the
NSC-34-tTA cell line for investigation of motor neuron diseases. Mol. Brain Res. 2005; 140: 63-72.
Cantoni L,Valaperta R, Ponsoda X, Castell JV, Barelli D, Rizzardini M, Mangolini A, Hauri L, Villa P. Induction of hepatic heme
oxygenase-1 by diclofenac in rodents: role of oxidative stress and cytochrome P-450 activity. J. Hepatology 2003; 38: 776-783.
Rizzardini M, Zappone M, Villa P, Gnocchi P, Sironi M, Diomede L, Meazza C, Monshouwer M, Cantoni L. Kupffer cell depletion
partially prevents hepatic heme oxygenase 1 messenger RNA accumulation in systemic inflammation in mice: role of interleukin 1 beta.
Hepatology 1998; 27: 703-710.
Enrico Garattini si è laureato in Medicina e Chirurgia nel 1982 presso l'Università di Milano.
Le aree di interesse comprendono la Biologia Cellulare e la Biologia Molecolare.
1982-1990 Borsista dell’Istituto Mario Negri
1983-1987 Borsista presso il Roche Institute of Molecular Biology, Dept. of Neurosciences, Nutley, New Jersey, USA
1991-1997 Dirigente Ricercatore della Regione Lombardia e Capo dell’Unità di Biologia Molecolare, Istituto Mario
Negri
Dal 1997 Capo del Laboratorio di Biologia Molecolare, Istituto Mario Negri
Dal 2005 Direttore del Corso Ph.D., Istituto Mario Negri
Dal 2011 Responsabile Attività Didattica, Istituto Mario Negri
Principali pubblicazioni

Paroni G, Fratelli M, Gardini G, Bassano C, Flora M, Zanetti A, Guarnaccia V, Ubezio P, Centritto F, Terao M, and Garattini E.
Synergistic antitumor activity of lapatinib and retinoids on a novel subtype of breast cancer with co-amplification of ERBB2 and RARA.
Oncogene 2012; 31: 3431-3443

Gianni’ M, Peviani M, Bruck N, Rambaldi A, Borleri G, Terao M, Kurosaki M, Paroni G, Rochette-Egly C, and Garattini E. The MAPK
p38α interacts with Ser-369 and inhibits RARα: suppression of the kinase enhances the therapeutic activity of retinoids in acute myeloid
leukemia cells. Leukemia 2012; 26:1850-1861

Gianni M, Boldetti A, Guarnaccia V, Rambaldi A, Parrella E, Raska I Jr, Rochette-Egly C, Del Sal G, Rustighi A, Terao M, Garattini E

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
Inhibition of the peptidyl-propyl-isomerase Pin1 enhances the responses of acute myeloid leukemia cells to retinoic acid via stabilization
of RARα and PML-RARα. Cancer Res 2009 69 : 1016-1026
Terao M, Kurosaki M, Barzago M M, Fratelli M, Bagnati R, Bastone A, Giudice C, Scanziani E, Mancuso A, Tiveron C, Garattini E. Role
of the molybdo-flavoenzyme, aldehyde oxidase homolog 2, in the biosynthesis of retinoic acid: generation and characterization of a knockout mouse, Mol Cell Biol 2009 29: 357-77
Gianni M, Parrella E, Raska I Jr, Gaillard E, Nigro EA, Gaudon C, Garattini E, Rochette-Egly C. P38MAPK-dependent phosphorylation
and degradation of SRC-3/AIB1 and RARalpha-mediated transcription. EMBO J. 2006; 25:739-51
Garattini E, Parrella E, Diomede L, Gianni M, Kalac Y, Merlini L, Simoni D, Zanier R, Ferrara F F, Chiarucci I, Carminati P, Terao M,
Pisano C. ST1926, a novel and orally active retinoid-related molecule inducing apoptosis in myeloid leukemia cells: Modulation of
intracellular calcium homeostasis. Blood 2004; 103: 194-207
Marco Gobbi si è laureato in Farmacia presso l’Università degli Studi di Milano nel 1989.
Le principali aree di interesse riguardano: i) le patologie neurodegenerative associate al misfolding e all’aggregazione di
peptidi/proteine, come la beta-amiloide e il prione; ii) aspetti della funzionalità sinaptica, relativi in particolare allo
studio di molecole che agiscono a livello del sistema nervoso centrale: iii) sviluppo e applicazione di nanotecnologie a
scopo diagnostico e terapeutico. Tali studi riguardano sia aspetti farmacodinamici (interazioni molecolari, soprattutto
con la Risonanza Plasmonica di Superficie) che aspetti farmacocinetici (con metodiche analitiche che includono la
spettrometria di massa).
1981-1995 Ricercatore nel Laboratorio di Neurofarmacologia e, poi, nel Laboratorio di Farmacologia Recettoriale.
1995-2009 responsabile dell’Unità di Trasmissione Sinaptica, Istituto Mario Negri.
Dal 2010 è responsabile del Laboratorio di Farmacodinamica e Farmacocinetica
Co-autore in più di 100 pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali soggette a peer-review. Primo o ultimo autore
in più di 50 di queste. Revisore per riviste scientifiche internazionali riguardanti Neuroscienze-NeurofarmacologiaNanotecnologie.
Principali pubblicazioni

Beeg M, Diomede L, Stravalaci M, Salmona M and Gobbi M. Novel approaches for studying amyloidogenic peptides/proteins. Curr Opin
Pharmacol. 13: 797-801 (2013)

Orsini F, Villa P, Parrella S, Zangari R, Zanier ER, Gesuete R, Stravalaci M, Fumagalli S, Ottria R, Reina JJ, Paladini A, Micotti E,
Ribeiro-Viana R, Rojo J, Pavlov VI, Stahl GL, Bernardi A, Gobbi M and De Simoni MG. Targeting mannose-binding lectin confers longlasting protection with a surprisingly wide therapeutic window in cerebral ischemia. Circulation 126:1484-1494 (2012).

Gobbi M, Re F, Canovi M, Beeg M, Gregori M, Sesana S, Sonnino S, Brogioli D, Musicanti C, Gasco P, Salmona M and Masserini ME.
Lipid-based nanoparticles with high binding affinity for amyloid-beta1-42 peptide. Biomaterials 31:6519-6529 (2010).

Caccia S and Gobbi M. St. John's Wort components and the brain: Uptake, concentrations reached and the mechanisms underlying
pharmacological effects. Curr Drug Metab 10(9):1055-1065 (2009).

Gobbi M, Colombo L, Morbin M, Mazzoleni G, Accardo E, Vanoni M, Del Favero E, Cantù L, Kirschner DA, Manzoni C, Beeg M, Ceci
P, Ubezio P, Forloni G, Tagliavini F and Salmona M. Gerstmann-Sträussler-Scheinker disease amyloid protein polymerizes according to
the "dock-and-lock" model. J Biol Chem 281:843-849 (2006).

Crespi D, Mennini T and Gobbi M. Carrier-dependent and Ca(2+)-dependent 5-HT and dopamine release induced by (+)-amphetamine,
3,4-methylendioxymethamphetamine, p-chloroamphetamine and (+)-fenfluramine. Br J Pharmacol 121:1735-1743 (1997).
Ester Zito si è laureata in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche nel 2001 presso l'Università di Napoli. Nel 2007 ha
conseguito il dottorato in Genetica Medica presso la Seconda Università di Napoli.
Le principali aree di interesse riguardano lo studio delle alterazioni dell’omeostasi redox del reticolo endoplasmatico
quali cause patogenetiche di alcune miopatie congenite.
2008-2010 presso la NYU (New York University, USA) supportata da una EMBO Long Term Fellowship
2010-2012 a Cambridge (UK) supportata da un IRG (International Reintagration Grant) Marie Curie
Dal 2013 riveste il ruolo di Capo del Laboratorio di Trasduzione del Segnale presso l’Istituto Mario Negri, supportata
da un DTI (Dulbecco TELETHON Institute) career award.
Principali pubblicazioni

Zito E. PRDX4, an endoplasmic reticulum-localized peroxiredoxin at the crossroads between enzymatic oxidative protein folding and
nonenzymatic protein oxidation. Antioxid Redox Signal. 2013; 18:1666-74

Zito E, Hansen HG, Yeo GS, Fujii J, Ron D. Endoplasmic reticulum thiol oxidase deficiency leads to ascorbic acid depletion and
noncanonical scurvy in mice. Mol Cell. 2012; 48: 39-51

Zito E, Melo EP, Yang Y, Wahlander Å, Neubert TA, Ron D. Oxidative protein folding by an endoplasmic reticulum-localized
peroxiredoxin. Mol Cell. 2010; 40:787-97

Zito E, Chin KT, Blais J, Harding HP, Ron D. ERO1-beta, a pancreas-specific disulfide oxidase, promotes insulin biogenesis and glucose
homeostasis. J Cell Biol. 2010; 189:769

Zito E, Buono M, Pepe S, Settembre C, Annunziata I, Surace EM, Dierks T, Monti M, Cozzolino M, Pucci P, Ballabio A, Cosma MP.
Sulfatase modifying factor 1 trafficking through the cells: from endoplasmic reticulum to the endoplasmic reticulum. EMBO J. 2007; 26:
2443-53

Zito E, Fraldi A, Pepe S, Annunziata I, Kobinger G, Di Natale P, Ballabio A, Cosma MP. Sulphatase activities are regulated by the
interaction of sulphatase-modifying factor 1 with SUMF2. EMBO Rep. 2005; 6: 655-60
Luisa Diomede si è laureata in Analisi Chimico-Biologica presso l’Università “Carlo Bo” di Urbino nel 2007. Le
principali aree di interesse riguardano: i) l’uso di Caenorhabditis elegans come organismo modello per lo studio dei
meccanismi biochimici e molecolari alla base delle malattie da misfolding proteico ii) lo sviluppo e la validazione di
nuove strategie terapeutiche per queste patologie. E’ co-autrice di circa 60 pubblicazioni peer-reviewed suriviste
internazionali.
1985-1991 Ricercatrice nel Laboratorio di Enzimologia e, poi, nel Laboratorio di Biochimica e Chimica delle Proteine.
1991-1992 Ricercatrice per Angelini SpA, Pomezia (Roma).
1992-2010 Ricercatrice Senior nel Laboratorio di Biochimica e Chimica delle Proteine.
Dal 2005 Membro del Comitato Qualità dell’Istituto Mario Negri.
Dal 2011 è Responsabile dell’Unità di Patologie Umane in Organismi Modello.
Co-autore in più di 60 pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali soggette a peer-review. Revisore “ad hoc” per
riviste scientifiche internazionali
Principali pubblicazioni

Diomede L, Cassata G, Fiordaliso F, Salio M, Ami D, Natalello A, Doglia SM, De Luigi A, Salmona M. Tetracycline and its analogues
protect Caenorhabditis elegans from β amyloid-induced toxicity by targeting oligomers. Neurobiol Dis. 2010 Nov;40(2):424-31

Diomede L, Soria C, Romeo M, Giorgetti S, Marchese L, Mangione PP, Porcari R, Zorzoli I, Salmona M, Bellotti V, Stoppini M. C.
elegans expressing human β2-microglobulin: a novel model for studying the relationship between the molecular assembly and the toxic
phenotype.PLoS One. 2012;7(12):e52314.

Stravalaci M, Bastone A, Beeg M, Cagnotto A, Colombo L, Di Fede G, Tagliavini F, Cantù L, Del Favero E, Mazzanti M, Chiesa R,
Salmona M, Diomede L, Gobbi M. Specific recognition of biologically active amyloid-β oligomers by a new surface plasmon resonancebased immunoassay and an in vivo assay in Caenorhabditis elegans. J Biol Chem. 2012 Aug 10;287(33):27796-805.

Di Fede G, Catania M, Morbin M, Giaccone G, Moro ML, Ghidoni R, Colombo L, Messa M, Cagnotto A, Romeo M, Stravalaci M,
Diomede L, Gobbi M, Salmona M, Tagliavini F. Good gene, bad gene: new APP variant may be both. Prog Neurobiol. 2012
Dec;99(3):281-92.

Diomede L, Rigacci S, Romeo M, Stefani M, Salmona M. Oleuropein aglycone protects transgenic C. elegans strains expressing Aβ42 by
reducing plaque load and motor deficit. PLoS One. 2013;8(3):e58893.

Diomede L, Di Fede G, Romeo M, Bagnati R, Ghidoni R, Fiordaliso F, Salio M, Rossi A, Catania M, Paterlini A, Benussi L, Bastone A,
Stravalaci M, Gobbi M, Tagliavini F, Salmona M. Expression of A2V-mutated Aβ in Caenorhabditis elegans results in oligomer formation
and toxicity. Neurobiol Dis. 2014 Feb;62:521-32
Maddalena Fratelli si è laureata in Scienze Biologiche nel 1983 presso l’Università di Pisa e diplomata nello stesso
anno in Biologia presso la Scuola Normale Superiore di Pisa. Si è specializzata in Ricerca Farmacologica presso
l’Istituto Mario Negri nel 1986. Aree di interesse: 1. Sistemi genomici “high-throughput” per lo studio dei meccanismi
d’azione dei farmaci e delle farmacoresistenze. 2. Regolazione redox della funzione proteica e dell’espressione genica:
profili di espressione genica delle risposte dipendenti dal glutatione allo stimolo ossidativo
1988-1989 Postdoc presso il Medical Research Council, Neurobiology Unit, Cambridge, UK
Dal 1995 Capo dell’Unità di Mediatori biochimici dell’infiammazione, Lab. di Neuroimmunologia, Istituto Mario Negri
Dal 2005 Capo dell’Unità di Farmacogenomica, Lab. di Biologia Molecolare, Istituto Mario Negri.
Principali pubblicazioni

Fratelli M, Fisher J N, Paroni G, Di Francesco A M, Pierri F, Pisano C, Godl K, Marx S, Tebbe A, Valli C, Gianni M, Stravalaci M, Gobbi
M, Terao M, Garattini E. New insights into the molecular mechanisms underlying sensitivity/resistance to the atypical retinoid ST1926 in
acute myeloid leukaemia cells: The role of histone H2A.Z, cAMP-dependent protein kinase A and the proteasome, Eur J Cancer 2012 Epub

Garattini E, Fratelli M, Terao M. The mammalian aldehyde oxidase gene family. Hum Genomics. 2009 4: 119-30

Fratelli M, Goodwin LO, Orom UA, Lombardi S, Tonelli R, Mengozzi M, Ghezzi P. Gene expression profiling reveals a signaling role of
glutathione in redox regulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005;102:13998-4003

Brines M, Grasso G, Fiordaliso F, Sfacteria A, Ghezzi P, Fratelli M, Latini R, Xie QW, Smart J, Su-Rick CJ, Pobre E, Diaz D, Gomez D,
Hand C, Coleman T, Cerami A.
Erythropoietin mediates tissue protection through an erythropoietin and common beta-subunit
heteroreceptor. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004; 101:14907-12

Leist M, Ghezzi P, Grasso G, Bianchi R, Villa P, Fratelli M, Savino C, Bianchi M, Nielsen J, Gerwien J, Kallunki P, Larsen AK, Helboe
L, Christensen S, Pedersen LO, Nielsen M, Torup L, Sager T, Sfacteria A, Erbayraktar S, Erbayraktar Z, Gokmen N, Yilmaz O, CeramiHand C, Xie QW, Coleman T, Cerami A, Brines M. Derivatives of erythropoietin that are tissue protective but not erythropoietic.
Science. 2004; 305:239-42

Fratelli M, Demol H, Puype M, Casagrande S, Eberini I, Salmona M, Bonetto V, Mengozzi M, Duffieux F, Miclet E, Bachi A,
Vandekerckhove J, Gianazza E, Ghezzi P. Identification by redox proteomics of glutathionylated proteins in oxidatively stressed human
T lymphocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002; 99:3505-10
Mineko Terao si è laureata in Farmacia nel 1978 presso la Kobe Women’s College of Pharmacy del Giappone.
Le aree di interesse comprendono la Biologia Cellulare e la Biologia Molecolare.
1983 Ph.D. presso la Kyoto University, Giappone.
1982-1983 Research Fellow nel Department of Medical Chemistry, Kyoto University, Giappone
1983-1987 Postdoctoral Associate presso Istitute for Cancer Research di Philadelphia, USA
1987- Visiting Scientist presso l’Istituto Mario Negri
Dal 1998 Capo dell’Unità di Struttura e Regolazione del Gene, Istituto Mario Negri.
Principali pubblicazioni

Locatelli D, Terao M, Fratelli M, Zanetti A, Kurosaki M, Lupi M, Barzago M M, Uggetti A, Capra S, D'Errico P, Battaglia G S, Garattini
E. Human axonal survival of motor neuron (a-SMN) protein stimulates axon growth, cell motility, C-C motif ligand 2 (CCL2), and
insulin-like growth factor-1 (IGF1) production. J Biol Chem 2012 287 : 25782-25794

Terao M, Fratelli M, Kurosaki M, Zanetti A, Guarnaccia V, Paroni G, Tsykin A, Lupi M, Gianni M, Goodall G J, Garattini E. Induction of
miR-21 by retinoic acid in estrogen receptor-positive breast carcinoma cells: biological correlates and molecular targets. J Biol Chem 2011
286 : 4027-4042

Terao M, Kurosaki M, Barzago M M, Fratelli M, Bagnati R, Bastone A, Giudice C, Scanziani E, Mancuso A, Tiveron C, Garattini E
Role of the molybdoflavoenzyme aldehyde oxidase homolog 2 in the biosynthesis of retinoic acid: generation and characterization of a
knockout mouse. Mol Cell Biol 2009 29 : 357-377

Terao M, Kurosaki M, Barzago MM, Varasano E, Boldetti A, Bastone A, Fratelli M, Garattini E. Avian and canine aldehyde oxidases.
Novel insights into the biology and evolution of molybdo-flavoenzymes. J Biol Chem. 2006 Jul 14;281(28):19748-61

Garattini E, Parrella E, Diomede L, Gianni M, Kalac Y, Merlini L, Simoni D, Zanier R, Ferrara F F, Chiarucci I, Carminati P,Terao M,
Pisano C. ST1926, a novel and orally active retinoid-related molecule inducing apoptosis in myeloid leukemia cells: Modulation of
intracellular calcium homeostasis. Blood 2004; 103: 194-207

Vila R, Kurosaki M, Barzago M M, Kolek M, Bastone A, Colombo L, Salmona M, Terao M, Garattini E. Regulation and biochemistry of
mouse molybdo-flavoenzymes. The DBA/2 mouse is selectively deficient in the expression of aldehyde oxidase homologues 1 and 2 and
represents a unique source for the purification and characterization of aldehyde oxidase. J Biol Chem 2004; 279: 8668-8683
ATTIVITA' DEL DIPARTIMENTO
Il Dipartimento di Biochimica e Farmacologia Molecolare è composto da sette laboratori con interessi
scientifici e scopi di ricerca apparentemente eterogenei fra loro, ma accomunati dallo studio strutturale e
funzionale di prodotti genici specifici e farmacologicamente rilevanti. A questo proposito, per
l'identificazione di nuove proteine che potrebbero rappresentare dei bersagli per la terapia farmacologia,
vengono utilizzate le classiche tecniche di biochimica e biologia molecolare. Le potenziali interazioni tra
farmaci e proteine sono studiate anche a livello molecolare, utilizzando un'ampia varietà di approcci che
vanno dagli studi condotti sugli animali a simulazioni computazionali.
PRINCIPALI RISULTATI
Sviluppo di protocolli per la preparazione della β-amiloide.
Identificazione dei meccanismi molecolari responsabili della formazione di oligomeri da parte delle proteine
amiloidogeniche.
Caratterizzazione della cinetica di elongazione delle fibrille di β-amiloide attraverso Risonanza Plasmonica
di Superficie (RPS).
La mutazione A2V favorisce la formazione di oligomeri tossici di Aβ1-40, in vitro e in vivo.
Caratterizzazione del binding di oligomeri di β-amiloide alla proteina prionica.
Caratterizzazione delle proprietà di legame di un inibitore peptidico della aggregazione del β-amiloide.
Riconoscimento di oligomeri solubili tramite un nuove immuno-assay basato sulla RPS e conferma
delle loro proprietà tossiche in un nuovo test su C. elegans.
L’epigallocatechina-gallato, un componente del tè verde, previene la formazione di oligomeri tossici.
Sviluppo di nuovi ceppi transgenici di C. elegans che esprimono a livello neuronale Aβ1-40 umana
nella forma wild-type e con mutazione A2V.
Sviluppo di nuovi ceppi transgenici di C. elegans che esprimono diverse isoforme di β2microglobulina umana per lo studio della Dialysis Related Amyloidosis (DRA).
La β2-microglobulina con la mutazione P32G o troncata nella forma ∆N6 favorisce la formazione
di oligomeri tossici.
Identificazione delle tetracicline come potenziali agenti terapeutici per il trattamento delle amiloidosi
periferiche.
Sintesi e caratterizzazione chimico-fisica e biologica di peptidi dedotti dalla sequenza della proteina prionica.
Differenze strutturali nelle forme mutate della proteina prionica evidenziate da nuovi approcci di “epitopescanning” basati sulla RPS.
Il trattamento con un recettore solubile del TNF nel topo wobbler riduce la degenerazione dei motoneuroni e
la fosforilazione delle due principali stress chinasi (p38 e JNK) associate alla stimolazione dei recettori del
TNF.
L’espressione di una proteina prionica mutata (PG14) è associata ad alterazioni della trasmissione
glutamatergica, secondarie ad un difetto dei canali al calcio voltaggio-dipendenti.
Coinvolgimento di SEPN1, una proteina le cui mutazioni sono causa di alcune miopatie congenite,
nell’omeostasi redox del reticolo endoplasmatico e indicazione che l’acido ascorbico puo’ compensare la
carenza di SEPN1 in alcuni aspetti fenotipici delle miopatie congenite correlate a SEPN1.
Accumulo di doxiciclina nel cervello di pazienti con la malattia di Creutzfeldt–Jakob, trattati cronicamente
con il farmaco.
I livelli plasmatici di doxiciclina non sono alterati dall’emodialisi in pazienti nei quali il farmaco è stato
efficace nel ridurre la disabilità articolare dovuta all’amiloidosi da Beta2-microglobulina.
Identificazione di un pannello di biomarcatori nelle cellule mononucleate del sangue periferico di pazienti
SLA e di un modello di ratto.
Identificazione di un nuovo meccanismo patogenetico che può contribuire alla diffusione da cellula a cellula
della patologia e alla morte del motoneurone in un modello murino di SLA.
Sviluppo di modelli cellulari motoneuronali per lo studio della tossicità della forma mutata G93A di
superossido dismutasi 1 umana, presente in pazienti con sclerosi laterale amiotrofica familiare.
La forma mutata G93A di superossido dismutasi 1 umana altera la morfologia dei mitocondri selettivamente
nelle cellule motoneuronali.
Farmaci e sostanze esogene che inibiscono la catena mitocondriale di trasporto degli elettroni sono fattori di
rischio per i motoneuroni che esprimono forme mutate di superossido dismutasi 1 umana.
La sintesi di glutatione, il principale antiossidante cellulare, e i livelli intracellulari di glutammato, un
aminoacido precursore del glutatione e neurotrasmettitore, sono alterati in un modello cellulare di sclerosi
laterale amiotrofica.
La forma mutata G93A di superossido dismutasi 1 umana è neurotossica in una condizione di ipossia.
Il Riluzolo, un agente neuro protettivo, aumenta l’efficacia della ricaptazione del glutammato in colture
cellulari che esprimono stabilmente i tre principali trasportatori del glutammato (GLT1, GLAST ed EAAC1).
Identificazione e caratterizzazione di una nuova classe di retinoidi di sintesi a marcata attività apoptotica
sulla cellula neoplastica. Sviluppo pre-clinico in ambito di terapia della leucemia acuta mieloide.
Identificazione di nuove combinazioni farmacologiche a base di retinoidi per il trattamento della leucemia
acuta mieloide.
Sviluppo di nuove strategie per la terapia stratificata del carcinoma della mammella, utilizzando
combinazioni a base di acido retinoico.
Clonaggio molecolare dei cDNA e dei geni di quattro nuovi membri della famiglia delle molibdoflavoproteine di mammifero. Definizione di un nuovo cluster genico sul cromosoma 1 umano e sul
cromosoma 2 murino.
Sviluppo di animali knock-out per diverse molibdo-flavoproteine: AOX1, AOH1, AOH2, AOH3.
Creazione di strumenti integrati per la razionalizzazione del processo di analisi di Microarray.
Il C1-inibitore ricombinante interagisce con alta affinità con le Mannose Binding Lectins (MBL).
Evidenza di un legame tra C3 a P-selettina nella formazione di trombi micro vascolari.
Conferma e caratterizzazione del binding di pentrassina-3 alla P-selettina, un nuovo meccanismo coinvolto
nel reclutamento leucocitario ai siti di infiammazione.
Sviluppo di nuovi ligandi per FGF-2, dotati di attività anti-angiogenetica.
Sviluppo di protocolli in RPS per valutare l’interazione tra nano particelle (NP) e i loro potenziali target:
applicazione a NP funzionalizzate per legare il β-amiloide.
Sviluppo di protocolli in RPS per valutare la formazione della corona proteica sulla superficie delle
nanoparticelle.
COLLABORAZIONI NAZIONALI
Advanced Biology Center, Genova
Fondazione Maugeri, Milano
Fondazione IRCCS Istituto Nazionale Neurologico "C. Besta", Milano
Fondo Edo Tempia, Biella
IFOM Fondazione Istituto FIRC di Oncologia Molecolare, Milano
IRCCS Fondazione "Istituto C. Mondino", Laboratorio di Neurobiologia Sperimentale, Pavia
IRCCS Multimedica, Polo Scientifico e Tecnologico, Milano
Istituto di Biomedicina e Immunologia Molecolare CNR, Palermo
Istituto di Chimica del Riconoscimento Molecolare, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Milano
Istituto Clinico Humanitas, Milano
Istituto di Neuroscienze C.N.R., Pisa
Istituto G. Gaslini, Genova
Istituto Nazionale dei Tumori, Milano
Istituto Nazionale dei Tumori, Napoli
Istituto Oncologico Europeo, Milano
Istituto Regina Elena, Roma
Istituto Toscano Tumori, Firenze
Nanovector S.r.l., Torino
Newron Pharmaceuticals, Milano
Ospedale Maggiore Policlinico, Milano
Ospedale Maggiore Policlinico. Istituto di Clinica Neurologica, Milano
Ospedale Niguarda, Centro Clinico Nemo, Milano
Ospedale S. Gerardo, Monza
Ospedale S. Maria Nuova, Reggio Emilia
Ospedale San Matteo, Pavia
Sigma-Tau, Pomezia, Roma
Università degli Studi di Messina, Dip. Farmaco-Chimico, Messina
Università degli Studi di Milano, Dip. Biotecnologie, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Chimica Biochimica e Biotecnologie per la Medicina, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Chimica Farmaceutica e Tossicologica, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Chimica Organica e Industriale, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Farmacologia Medica, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Scienze Biomolecolari e Biotecnologie, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Scienze Farmacologiche, Milano
Università degli Studi di Milano, Dip. Studi pre-clinici, Milano
Università degli Studi di Milano, Facoltà di Biologia, Milano
Università degli Studi di Milano, Facoltà di Chimica, Milano
Università degli Studi di Milano, Istituto di Endocrinologia, Centro di Eccellenza per le Malattie
Neurodegenerative, Milano
Università di Catania, Dip. Scienze Farmaceutiche, Catania
Università di Genova, Dip. Scienze Farmaceutiche, Genova
Università di Ferrara, Facoltà di Chimica, Ferrara
Università di Firenze, Dip. Scienze Biochimiche, Firenze
Università di Milano, Centro di Eccellenza per lo studio delle Malattie Neurodegenerative, Segrate
Università di Milano, Dip. Scienze Molecolari, Milano
Università di Milano Bicocca, Dip. Medicina Sperimentale, Monza
Università di Padova, Dip. Scienze Biomediche, Padova
Università di Pavia, Dip. Biochimica, Pavia
Università di Pavia, Dip. Scienze Fisiologiche e Farmacologiche, Pavia
Università di Siena, Dip. Farmaco-Chimico-Tecnologico, Siena
Università di Torino, Dip. Anatomia, Farmacologia, Medicina Legale, Torino
Università di Torino, Dip. Chimica, Torino
Zambon, Milano
COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI
The Alexander Silberman Institute of Life Sciences, The Hebrew University of Jerusalem, Gerusalemme,
Israele
Boston College, Boston, MA, USA
Burke Medical Research Institute, White Plains, New York, USA
Case Western Research University, Cleveland, OH, USA
Dept. de Quimica-Fisica de Macromoleculas Biologicas, CSIC, Madrid, Spagna
Division of Biomedical and Life Sciences, School of Health and Medicine, Lancaster University, Lancaster,
Gran Bretagna
ETH, Zurigo, Svizzera
Faculdad de Ciencias Medicas, Universidad de Santiago de Chile, Cile
FMP, Berlino, Germania
Giessen Polyclinic University, Giessen, Germania
Group of Elegans New Investigators in Europe
Houston University, TX, USA
IBSN CNRS, Marseille, Francia
Imperial College London, Gran Bretagna
Indiana University, Indianapolis, USA
Institut de Genetique et Biologie Moleculaire et Cellulaire, Strasbourg, Francia
Institute for Behavioral Genetics, University of Colorado, USA
Institute Pasteur, Paris, Francia
Laboratoire de Physico-Chimie, Pharmacotechnie et Biopharmacie, , Univ Paris-Sud 11, Chatenay-Malabry,
Francia
John Innes Centre, Norwich, Gran Bretagna
Keio University, Tokyo, Giappone
Lundbeck, USA
Max Planck Research Unit for Enzymology of Protein Folding, Halle, Germania
Mayo Clinic College of Medicine, Jacksonville, FL, USA
National Institute of Health, Bethesda, MD, USA
Nippon University, Tokyo, Giappone
Pepscan System BV, Lelystad, Olanda
Polichem S.A., Lugano, Svizzera
Politecnico di Zurigo (ETH), Svizzera
Technical University Braunschweig, Germania
Trinity College, Dublin, Irlanda
Universidad de La Laguna, Tenerife, Spagna
Universidaed Nova, Lisbon, Portogallo
Universitat des Saarlandes, Homburg, Germania
Universitat Freiburg, Germania
Université Paris, Francia
Université Victor Segalen Bordeaux 2, Bordeaux, Francia
University of Aberdeen, Gran Bretagna
University of Amsterdam, Olanda
University of Birmingham, Gran Bretagna
University of Cambridge, Gran Bretagna
University of Cardiff, Gran Bretagna
University of Glasgow, Gran Bretagna
University of Gottingen, Germania
University of Muenster, Germania
University of Patrasso, Grecia
University of Southampton, Gran Bretagna
University of Sussex, Gran Bretagna
University of Vienna, Austria
Vanderbilt University, Nashville, USA
Waring-Webb Institute, University of Colorado, Denver, USA
Weizmann Institut, Rehovot, Israele
Westfaelische Wilhelms-Universitaet Muenster, Germania
PRESENZA IN COMITATI EDITORIALI
Current Opinion in Pharmacology ( M. Gobbi)
European Journal of Cancer (E. Garattini)
BioMolecular Concepts (V. Bonetto)
ATTIVITA' DI REVISIONE
Advanced Drug Delivery Reviews, American Journal Physiology, Antioxidants and Redox Signaling, BBAProteomics, Biochemical Journal, Biochemical Pharmacology, Biochimica Biophysica Acta, BioMolecular
Concepts, Biosensors and Bioelectronics, BMC-Biochemistry, Brain Research, Cancer Research, Cell Death
and Differentiation, Cell Research, Cellular and Molecular Life Sciences, Circulation, Drug Investigation,
European Journal of Cancer, European Journal of Immunology, European Journal of Neuroscience,
International Journal of Cancer, International Journal of Molecular Sciences, Journal of Alzheimer’s Disease,
Journal of Biomedical Nanotechnology, Journal of Cell Biology, Journal of Cellular Biochemistry, Journal
of Hepatology, Journal of Immunology, Journal of Investigative Dermatology, Journal of Lipid Mediators,
Journal of Neurochemistry, Journal of Neuroimmunology, Journal of Translational Medicine, Life Sciences,
Nanomedicine, Neuroscience, Neuroscience Letters, Neurobiology of Disease, Neurochemistry International,
Pharmacological Research, Physiological Genomics, PLoS ONE, Prion, Proceedings of the National
Academy of Sciences, Proteomics, Proteome Science, Sensors.
PRESENTAZIONI A CONGRESSI ED EVENTI
Conferenza: “Alzheimer’s and Parkinson’s Diseases: Mechanisms, Clinical Strategies, and Promising
Treatments of Neurodegenerative Diseases, 11th International Conference AD/PDTM”, “Different mutations
at codon 363 of the tau gene produce different structural and functional properties”, 6-10 Marzo, Firenze,
Italia
Congresso: “XVII Convention Scientifica Telethon”, “Development of an innovative strategy for the
treatment of Alzheimer’s disease based on the anti-amyloidogenic ability of A2A Abeta variant”,
“Dissecting the molecular basis of SEPN1 myopathies”, 11-13 Marzo, Riva del Garda, Trento, Italia
Convegno: “Miniworkshop e Convegno CIMN: Misfolding Proteico e Amiloidosi VIII”, “Radicali liberi
dell’ossigeno e cardiotossicità delle catene leggere delle immunoglobuline”, “Effetti del peptide Humanin
nella formazione di oligomeri tossici di beta-amiloide”, 10-11 Maggio, Genova, Italia
Convegno: “ENCALS, European Network for the Cure of ALS”, “Cyclophilin A is a molecular linker
between SOD1- and TDP-43-mediated pathologies in ALS”, 31 Maggio - 2 Giugno, Sheffield, Gran
Bretagna
Conferenza: “Inaugural EATRIS Conference”, “Translational medicine and small molecules”, 3-4 Giugno,
Amsterdam, Paesi Bassi
Convegno: “BIOMEDIA - la condivisione del sapere - 28° convegno di studio - il laboratorio nelle malattie
del sistema nervoso”, “Biomarcatori multiproteici di sclerosi laterale amiotrofica”, 6-7 Giugno, Vicenza,
Italia
Conferenza: “International Conference for Nanoparticles and Nanotechnology in Medicine - NPMED 2013”,
“New applications of Surface Plasmon Resonance for the analysis of nanoparticles protein corona”,
“Optimization of an integrated system for the quantitative measurements of nanoparticles cellular uptake and
cellular localization”, “Efficacy of NP tailored for AD”, 19-21 Giugno, Bresso, Milano, Italia
Meeting: “19th International C. elegans Meeting”, “C. elegans expressing human beta2-microglobulin: a
novel model for studying the amyloid toxicity”, 26-30 Giugno, Los Angeles, California, USA
Meeting: “VIIIth Joint Meeting of Medicinal Chemistry”, “Thieno[3,2-d]pyrimidin-4(3H)-one derivatives as
novel 5-HT7 receptor ligands”, “New thienopyrimidine and quinazoline derivatives as potential 5-HT7
receptor ligands”, 30 Giugno – 4 Luglio, Lublino, Polonia
Simposio: “17th European Carboydrate Symposium”, “Synthesis and affinity for mannose binding lectin of
multivalent saccharide compounds”, 7-11 Luglio, Tel Aviv, Israele
Congresso: “15th ICI - Immunitas Vis Naturae - Milan 2013 - International Congress of Immunology”,
“Orchestration of tissue repair by the humoral pattern recognition molecule PTX3: linking microbe and
matrix recognition”, 22-27 Agosto, Milano, Italia
Simposio: “International Symposium on Cyclophilins and other Foldases: Cell Signaling Catalysts and Drug
Targets”, “Cyclophilin A is a translational biomarker and a potential therapeutic target for amyotrophic
lateral sclerosis”, 19-21 Settembre, Hallen, Germania
Meeting: “3rd MS Food Day”, “A new method for the determination of BHA in chewing gums”, 9-11
Ottobre, Trento, Italia
Conferenza: “23rd Neuropharmacology Conference 2013 - Official Satellite to the 2013 Meeting of the
Society for Neuroscience”, “Synaptic dysfunction in genetic prion diseases: a trafficking problem?”, 7-8
Novembre, San Diego, California, USA
Simposio: “IXth International Symposium on Familial Amyloidotic Polyneuropathy”, “A phase II study of
doxycycline tauroursodeoxycholic acid in transthyretin amyloidosis”, 10-13 Novembre, Rio de Janeiro,
Brasile
Convegno: “American Heart Association Scientific Sessions 2013”, “Activation of the kynurenine pathway
in patients resuscitated from ventricular fibrillation out-of-hospital cardiac arrest”, 16-20 Novembre, Dallas,
Texas, USA
Meeting: “European ProteOnTM System User Meeting - Joining Information”, “SPR-based Scanning of
Native Brain-extracted Prion Protein”, 19 Novembre, Vienna, Austria
Simposio: “24th International Symposium on ALS/MND”, “Inhibition of extracellular cyclophilin A as a
possible therapeutic target for ALS”, “Cyclophilin A interaction network perturbation is a converging pathomechanism in different forms of amyotrophic lateral sclerosis”, 6-8 Dicembre, Milano, Italia
CONTRIBUTI E CONTRATTI
Agenzia Italiana del Farmaco, Roma, Italia
Alzheimer’s Association, USA
Associazione Italiana Ricerca sul Cancro (AIRC), Milano, Italia
Biotecnologie BT - Perugia, Italia
Comunità Europea (EU), Bruxelles, Belgio
Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Palermo, Italia
Fondazione Don Gnocchi, Milano, Italia
Fondazione Cariplo, Milano, Italia
Fondazione Italiana di Ricerca per la Sclerosi Laterale Amiotrofica (AriSLA)
Fondazione Mariani, Milano, Italia
Fondazione Monzino, Milano, Italia
Fondazione Weizmann-Pasteur-Negri, Parigi, Francia
Indena S.p.A., Milano, Italia
Istituto Auxologico Italiano, Milano, Italia
Istituto Nazionale Neurologico "C. Besta", Milano, Italia
Lundbeck A/S, Copenhagen, Danimarca
Ministero della Salute, Roma, Italia
Ministero dell'Istruzione, Università e Ricerca Scientifica (MIUR), Roma, Italia
North Shore University Hospital, NY, USA
Perfetti-Van Melle, Lainate (Mi), Italia
Sigma Tau, Pomezia (Roma), Italia
Società Autostrade per l’Italia, Milano
Telethon, Milano, Italia
Università di Firenze, Italia
Università di Milano-Bicocca, Italia
Università di Siena, Italia
Zambon Group, Bresso (Mi), Italia
SELEZIONE PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE (2013)
Airoldi C, Cardona F, Sironi E, Colombo L, Salmona M, Cambianica I, Ornaghi F, Sancini G, Nicotra F, La Ferla B
Fluorescent amyloid β-peptide ligand derivatives as potential diagnostic tools for Alzheimer's disease
Pure Appl Chem E-pub: 2013
Basso M, Pozzi S, Tortarolo M, Fiordaliso F, Bisighini C, Pasetto L, Spaltro G, Lidonnici D, Gensano F, Battaglia E,
Bendotti C, Bonetto V
Mutant copper-zinc superoxide dismutase (SOD1) induces protein secretion pathway alterations and exosome release in
astrocytes. Implications for disease spreading and motor neuron pathology in amyotrophic lateral sclerosis
J Biol Chem 2013 288: 15699-15711
Beeg M, Diomede L, Stravalaci M, Salmona M, Gobbi M
Novel approaches for studying amyloidogenic peptides/proteins
Curr Opin Pharmacol 2013 13: 797-801
Biasini E, Unterberger U, Solomon I H, Massignan T, Senatore A, Bian H, Voigtlaender T, Bowman F P, Bonetto V,
Chiesa R, Luebke J, Toselli P, Harris D A
A mutant prion protein sensitizes neurons to glutamate-induced excitotoxicity
J Neurosci 2013 33: 2408-2418
Bigini P, Previdi S, Casarin E, Silvestri D, Violatto M, Facchin S, Sitia L, Rosato A, Zuccolotto G, Realdon N,
Fiordaliso F, Salmona M, Morpurgo M
In vivo fate of Avidin-Nucleic Acid Nanoassemblies as multifuctional diagnostic tools
ACS Nano E-pub: 2013
Borgo F, Diomede L
The nematode Caenorhabditis elegans as an innovative tool for studying foodborne metabolites and emerging pathogens
in the food industry
Nutrafoods E-pub: 2013
Cimini S, Rizzardini M, Biella G, Cantoni L
Hypoxia causes autophagic stress and derangement of metabolic adaptation in a cell model of amyotrophic lateral
sclerosis
J Neurochem E-pub: 2013
Cova L, Bigini P, Diana V, Sitia L, Ferrari Raffaele, Pesce R M, Khalaf R, Bossolasco P, Ubezio P, Lupi M, Tortarolo
M, Colombo L, Giardino D, Silani V, Morbidelli M, Salmona M, Moscatelli D
Biocompatible fluorescent nanoparticles for in vivo stem cell tracking
Nanotechnology 2013 24: 245603
Diomede L, Rigacci S, Romeo M, Stefani M, Salmona M
Oleuropein aglycone protects transgenic C. elegans strains expressing Aβ42 by reducing plaque load and motor deficit
PLoS One 2013 8: e58893
Fluharty B R, Biasini E, Stravalaci M, Sclip A, Diomede L, Balducci C, La Vitola P, Messa M, Colombo L, Forloni G,
Borsello T, Gobbi M, Harris D A
An N-terminal fragment of the prion protein binds to amyloid-β oligomers and inhibits their neurotoxicity in vivo
J Biol Chem 2013 288: 7857-7866
Fratelli M, Fisher J N, Paroni G, Di Francesco A M, Pierri F, Pisano C, Godl K, Marx S, Tebbe A, Valli C, Gianni M,
Stravalaci M, Gobbi M, Terao M, Garattini E
New insights into the molecular mechanisms underlying sensitivity/resistance to the atypical retinoid ST1926 in acute
myeloid leukaemia cells: The role of histone H2A.Z, cAMP-dependent protein kinase A and the proteasome
Eur J Cancer 2013 49: 1491-1500
Fumagalli L, Pallavicini M, Budriesi R, Bolchi C, Canovi M, Chiarini A, Chiodini G, Gobbi M, Laurino P, Micucci M,
Straniero V, Valoti E
6-methoxy7-benzofuranoxy and 6-methoxy-7-indolyloxy analogues of 2-[2-(2,6dimethoxyphenoxy)ethyl]aminomethyl-1,4-benzodioxane (WB4101): discovery of a potent and selective α1Dadrenoceptor antagonist
J Med Chem 2013 56: 6402-6412
Garattini E, Terao M
Aldehyde oxidase and its importance in novel drug discovery: present and future challenges
Expert Opin Drug Discov 2013 8: 641-654
Gescher A, Gobbi M
Pharmacology in the high tech age - new developments, opportunities and limitations
Curr Opin Pharmacol 2013 13: 775-777
Kurosaki M, Bolis M, Fratelli M, Barzago MM, Pattini L, Perretta G, Terao M, Garattini E.
Structure and evolution of vertebrate aldehyde oxidases: from gene duplication to gene suppression.
Cell Mol Life Sci. 2013 70: 1807-30
Lesma G, Cecchi R, Cagnotto A, Gobbi M, Meneghetti F, Musolino M, Sacchetti A, Silvani A
Tetrahydro-β-carboline-based spirocyclic lactam as type II' β-turn: application to the synthesis and biological evalution
of somatostatine mimetics
J Org Chem 2013 78: 2600-2610
Lucchetti J, Marino M, Papa S, Tortarolo M, Guiso G, Pozzi S, Bonetto V, Caccia S, Beghi E, Bendotti C, Gobbi M
A mouse model of familial ALS has increased CNS levels of endogenous ubiquinol9/10 and does not benefit from
exogenous administration of ubiquinol10
PLoS One 2013 8: e69540
Markoutsa E, Papadia K, Giannou A, Spella M, Cagnotto A, Salmona M, Stathopoulos G T, Antimisiaris S G
Mono and dually decorated nanoliposomes for brain targeting, in vitro and in vivo studies
Pharm Res E-pub: 2013
Massa O, Alessio M, Russo L, Nardo G, Bonetto V, Bertuzzi F, Paladini A, Iafusco D, Patera P, Federici G, Not T,
Tiberti C, Bonfanti R, Barbetti F
Serological Proteome Analysis (SERPA) as a tool for the identification of new candidate autoantigens in type 1 diabetes
J Proteomics 2013 82: 263-273
Montagna G, Cazzulani B, Obici L, Uggetti C, Giorgetti S, Porcari R, Ruggiero R, Mangione P Patrizia, Brambilla M,
Lucchetti J, Guiso G, Gobbi M, Merlini G, Salmona M, Stoppini M, Villa G, Bellotti V
Benefit of doxycycline treatment on articular disability caused by dialysis related amyloidosis
Amyloid 2013 20: 173-178
Moser J M, Bigini P, Schmitt-John T
The wobbler mouse, an ALS animal model
Mol Genet Genomics 2013 288: 207-229
Palamidessi A, Frittoli E, Ducano N, Offenhauser N, Sigismund S, Kajiho H, Parazzoli D, Oldani A, Gobbi M, Serini
G, Di Fiore PP, Scita G, Lanzetti L.
The GTPase-activating protein RN-tre controls focal adhesion turnover and cell migration.
Curr Biol. 2013 23: 2355-64
Papa S, Rossi F, Ferrari Raffaele, Mariani Alessandro, De Paola M, Caron I, Fiordaliso F, Bisighini C, Sammali E,
Colombo C, Gobbi M, Canovi M, Lucchetti J, Peviani M, Morbidelli M, Forloni G, Perale G, Moscatelli D, Veglianese
P
Selective nanovector mediated treatment of activated proinflammatory microglia/macrophages in spinal cord injury
ACS Nano 2013 11: 9881-9895
Russo L, Marsella C, Nardo G, Massignan T, Alessio M, Piermarini E, La Rosa S, Finzi G, Bonetto V, Bertuzzi F,
Maechler P, Massa O
Transglutaminase 2 transamidation activity during first-phase insulin secretion: natural substrates in INS-1E
Acta Diabetol 2013 50: 61-72
Sancini G, Gregori M, Salvati E, Cambianica I, Re F, Ornaghi F, Canovi M, Fracasso C, Cagnotto A, Colombo M,
Zona C, Gobbi M, Salmona M, La Ferla B, Nicotra F, Masserini M
Functionalization with TAT-peptide enhances blood-brain crossing in-vitro of nanoliposomes carrying a curcuminderivative to bind amyloid-β peptide
J Nanomed Nanotechol 2013 4: 171
Sclip A, Arnaboldi A, Colombo I, Veglianese P, Colombo L, Messa M, Mancini S, Cimini S, Morelli F, Antoniou X,
Welker E, Salmona M, Borsello T.
Soluble Aβ oligomer-induced synaptopathy: c-Jun N-terminal kinase's role.
J Mol Cell Biol. 2013 5: 277-9
Snellman A, Lopez-Picon F R, Rokka J, Salmona M, Forloni G, Scheinin M, Solin O, Rinne J O, Haaparanta-Solin M
Longitudinal amyloid imaging in mouse brain with 11C-PIB: comparison of APP23, Tg2576, and APPswe-PS1dE9
mouse models of Alzheimer disease
J Nucl Med 2013 54: 1434-1441
Sommi P, Necchi V, Vitali A, Montagna D, De Luigi A, Salmona M, Ricci V, Solcia E
PaCS is a novel cytoplasmic structure containing functional proteasome and inducible by cytokines/trophic factors
PLoS One 2013 8: e82560
Stoilova T, Colombo L, Forloni G, Tagliavini F, Salmona M
A new face for old antibiotics: tetracyclines in treatment of amyloidoses
J Med Chem 2013 56: 5987-6006
Tapella L, Stravalaci M, Bastone A, Biasini E, Gobbi M, Chiesa R
Epitope scanning indicates structural differences in brain-derived, monomeric and aggregated mutant prion proteins
related to genetic prion diseases
Biochem J 2013 454: 417-425
Zito E
PRDX4, an endoplasmic reticulum-localized peroxiredoxin at the crossroads between enzymatic oxidative protein
folding and nonenzymatic protein oxidation
Antioxid Redox Signal 2013 18: 1666-1670
ATTIVITA' DI RICERCA
Laboratorio di Biochimica e Chimica delle Proteine
Sviluppo di nuove strategie terapeutiche per la cura delle amiloidosi centrali e
periferiche
Lo sviluppo di una strategia terapeutica efficace per la prevenzione e la cura della malattia di Alzheimer e
delle amiloidosi sistemiche è di primaria importanza in quanto non esiste attualmente una cura e la loro
gravità, condiziona pesantemente la vita dei pazienti e dei loro famigliari. La formazione di fibrille amiloidi
e il loro deposito in tessuti specifici sono stati considerati per molto tempo la causa della malattia ma studi
recenti indicano che le specie oligomeriche solubili sono i veri responsabili della tossicità. La cinetica di
aggregazione della proteina, in conseguenza di un cambiamento conformazionale, e la comprensione dei
determinanti genetici, biochimici e strutturali alla base di questa trasformazione sono molto importanti per la
delucidazione del processo patogenetico e lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche. Allo scopo di
sviluppare dei modelli semplificati che consentono di monitorare i cambiamenti conformazionali che
precedono la precipitazione delle fibrille, abbiamo disegnato e sviluppato diversi peptidi sintetici dedotti
dalla sequenza primaria di proteine amiloidogeniche umane nella loro forma wild-type o mutata.
In collaborazione con l’Istituto Neurologico C. Besta di Milano è stata identificata una forma mutata di amiloide che ha un comportamento biologico sorprendente in quanto si lega alla -proteina normale e blocca
la formazione di amiloide e lo sviluppo dalla malattia. Questa proprietà apre una nuova prospettiva
terapeutica sia per le forme genetiche che per quelle sporadiche di malattia di Alzheimer, basata sull'uso di
frammenti proteici contenenti questa mutazione o di composti peptido-mimetici. Abbiamo inoltre
sintetizzato diversi peptidi sintetici della forma mutata di -amiloide e abbiamo valutato l’effetto della
mutazione sull’aggregazione e le proprietà amiloidogeniche. Studi analoghi vengono condotti su peptidi
delle proteine prioniche e su alcune proteine amiloidogeniche di origine periferica. Il primo approccio per lo
sviluppo di utili candidati terapeutici prevede lo sviluppo di composti in grado di interferire con la
formazione delle specie oligomeriche, interagendo direttamente con le molecole proteiche, destrutturando la
sua conformazione in β-sheet oppure destabilizzando gli aggregati fibrillari. Questa attività di ricerca,
comprende studi in vitro in modelli “cell free” per determinare le proprietà conformazionali dei peptidi
amiloidogenici, la loro struttura secondaria, lo scambio idrogeno-deuterio, la resistenza alla digestione con
proteasi, la capacità di aggregazione e le loro proprietà amiloidogeniche. Per comprendere i meccanismi
biochimici e molecolari che determinano l’azione citotossica, i peptici sintetici vengono utilizzati per studi in
vitro che prevedono l’uso di vari modelli cellulari, correlando le loro proprietà chimico-fisiche con i loro
effetti biologici. L’attività è volta, inoltre, ad analizzare la distribuzione sub-cellulare dei peptidi e ad
identificare i bersagli biologici-molecolari intracellulari. Gli studi condotti fino ad ora indicano che le
tetracicline sono dei nuovi candidati come farmaci anti-amiloidogenici. In particolare, esse sono attive come
composti anti-fibrillogenici e aumentano la sensibilità della PrP alla digestione con proteinasi K. Le
tetracicline sono inoltre in grado di inibire la morte di cellule neuronali e la proliferazione astrogliale indotta
dai peptidi prionici e, in modelli animali di malattia, sono in grado di prolungare la sopravvivenza degli
animali infettati con il prione.
L’uso delle nanoparticelle in farmacologia: nuovi sistemi per la diagnosi e la terapia
Il laboratorio di Biochimica e chimica delle proteine ha approfondito in questo ultimo anno una serie di
caratterizzazioni sull’interazione tra nanocomposti e matrici biologiche in diverse aree di ricerche, con
particolare enfasi alla diagnostica, terapia e tossicologia. Il nostro lavoro nel settore farmacologico (terna
ostico) origina dall’evidenza che lo sviluppo clinico di molecole con promettente attività terapeutica per il
trattamento di malattie con prognosi infausta è limitato a volte da problemi correlati alla loro scarsa
biodisponibilità, ad una rapida clearance, alla difficoltà di attraversare alcune barriere biologiche e, non
ultimo dall’insorgenza di pesanti effetti collaterali. In particolare la comprensione del comportamento dei
nanovettori (ovvero privi del farmaco legato o di agenti di contrasto per scopi diagnostici) in sistemi
biologici a crescente livello di complessità (fluidi biologici, cellule, animali sani e patologici) è presupposto
essenziale per approcciare uno sviluppo terapeutico che possa giungere alla pratica clinica. Nell’ambito di un
progetto finanziato dall’Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro (AIRC 5x1000) abbiamo generato
una piattaforma integrata per valutare e categorizzare potenzialità e rischi di nanoparticelle polimeriche
prima della coniugazione con farmaci. In collaborazione con il Dipartimento di Oncologia e con il
Politecnico di Milano abbiamo testato una serie di nanoparticelle biocompatibili, ma con differenti profili di
biodegradabilità, in modelli cellulari e animali di una specifica sottopopolazione di tumore al seno (triple
negative breast cancer). I dati ottenuti mediante una serie di esperimenti in vivo ed in vitro hanno
significativamente contribuito a selezionare i parametri chimico-fisici (materiale, dimensione, potenziale di
carica esterno, grado di peghilazione) più promettenti per lo sviluppo di nanofarmaci previa coniugazione
con la molecola terapeutica (e/o agente di contrasto) di interesse.
La nostra attività si è inoltre focalizzata sullo sviluppo e la caratterizzazione di nuovi nanomateriali ad
altissimo grado di biocompatibilità e con una chimica che ne favorisse massimamente l’adattabilità per il
carico e il rilascio di agenti terapeutici o per la localizzazione mirata di agenti di contrasto per valutazione
diagnostiche precoci in oncologia, cardiologia, neurologia e malattie cardiovascolari. Nell’ambito di una
ricerca in collaborazione con la Dr.ssa Margherita Morpurgo (Università degli Studi di Padova) è stato
sviluppato e caratterizzato un nanocomposto dalle caratteristiche fisico-chimiche e dal profilo
farmacocinetico estremamente innovativo e potenzialmente in grado di dare un notevole impulso alla
diagnostica e alla terapia farmacologica nell’uomo. Il nanocomposto in questione nasce dall’originale idea di
legare due proteine abbondantemente espresse nell’uovo (avidina e biotina) ad uno scheletro composto da
acidi nucleici inattivati al fine creare una struttura facilmente modulabile in termini di coniugazione con
molte molecole di interesse terapeutico e altamente controllabile in termini di stechiometria di legame.
L’analisi dell’interazione di questi Avidin-Nucleic Acid Nanoassemblies (ANANAS) in fluidi biologici,
cellule e tessuti (dopo somministrazione endovenosa) ha confermato l’enorme potenzialità per loro un futuro
sviluppo come efficienti trasportatori di molecole per la diagnosi e la terapia in molte aree di ricerca.
In collaborazione con il gruppo del Professor Masserini (Università Milano Bicocca) e il Professor
Futermann (Istituto Weizmann, Israele) il gruppo di nanofarmacologia è impegnato a sviluppare
nanocomposti liposomiali funzionalizzati contenenti enzimi già approvati per trattamenti di sostituzione
enzimatica (enzyme replacement terapie o ERT). Scopo di questo progetto è di permettere il passaggio della
barriera emato encefalica da parte di queste macromolecole e, di conseguenza favorire il rilascio dell’enzima
in soggetti con patologie neurodegenerative giovanili da mancata funzionalità enzimatica (in particolare
correlata ad enzimi lisosomiali). L’interesse per lo sviluppo di nanopliposomi per il passaggio della barriera
ematoencefalica si collega ad un’altra importante collaborazione sviluppata nell’ambito del progetto europeo
“Nanoparticles for theraphy and diagnosis of Alzheimer Disease”. In questo studio multicentrico il nostro
laboratorio ha valutato la capacità di diverse NP di natura lipidica e polimerica di superare in vivo la barriera
emato-encefalica per veicolare farmaci anti-amiloidogenici a livello cerebrale.
Preclinical imaging per favorire il processo di traslazionalità dalla ricerca di base
alla clinica nell’ambito della terapia cellulare
La possibilità di uniformare i criteri di analisi preclinici e clinici rappresenta uno dei principali obiettivi della
ricerca farmacologica. La diagnostica per immagini non invasiva (risonanza magnetica, ecografia,
tomografia) assume rilevanza sempre maggiore in molti ambiti clinici. Tale diffusione ha generato grande
sviluppo di strumenti di screening non invasivo dedicati agli studi preclinici.
Il Dipartimento di Biochimica e Farmacologia Molecolare sta sviluppato una serie di procedure di analisi atte
a correlare le informazioni ottenute dagli strumenti di imaging non invasivo con i dati ottenuti mediante le
classiche tecniche di istopatologia e immunoistologia. L’integrazione delle diverse tecniche viene
identificata con il termine “preclinical imaging”. In stretta associazione con le attività descritte in
precedenza, il nostro gruppo di preclinical imaging ha sviluppato ed ottimizzato una serie di protocolli atti
all’analisi longitudinale della tracciabilità di cellule staminali mediante preincubazione con nanoparticelle
biocompatibili opportunamente funzionalizzate con agenti di contrasto fluorescenti o superparamagnetici. In
particolare il nostro lavoro è stato focalizzato a comprendere, nel medesimo soggetto sperimentale, il destino
di cellule staminali in relazione a parametri fondamentali per lo sviluppo clinico quali: 1) il tipo di cellula
iniettata; 2) il numero di cellule; 3) la via di somministrazione (intravenosa, intracerebroventricolare); 4) la
frequenza di somministrazione; 5) il tempo intercorso dalla somministrazione; 6) lo stato del soggetto
sperimentale (animale sano o malato). Mediante analisi di risonanza magnetica per immagini (MRI) abbiamo
valutato biodistribuzione, persistenza, accumulo di cellule mesenchimali muscolari e amniotiche umane,
preventivamente caricate con nanoparticelle di Feridex (un agente di contrasto comunemente in uso in
diagnostica clinica), dopo iniezione singola nei ventricoli laterali di topi sani e affetti da una patologia del
motoneurone ricapitolante le principali caratteristiche patologiche e sintomatiche dei pazienti affetti da
sclerosi laterale amiotrofica (SLA). I nostri studi hanno mostrato che le cellule permangono all’interno del
sistema ventricolare per almeno 4 settimane, non danno luogo a iperproliferazioni (rischio tumori), non
migrano nel parenchima cerebrale ma diffondono nel liquido cefalorachidiano anche nelle aree contigue
all’area patologica (bulbo, regione cervicale del midollo spinale). Tale studio di tracciabilità ha permesso di
dare una maggiore sostanza agli incoraggianti risultati di efficacia farmacologica, effettuati in collaborazione
con la Dottoressa Canzi (Istituto Neurologico Carlo Besta) e con la Dottoressa Bendotti del Dipartimento di
neuroscienze.
Sempre in nell’ambito di una collaborazione multicentrica abbiamo sviluppato un originale metodo di
tracking di cellule staminali fetali rese visibili mediante internalizzazione di nano particelle polimeriche
biocompatibili legate ad un fluoroforo valutabile mediante studi tomografia molecolare a fluorescenza FMT
(una tecnica non invasiva complementare alla MRI). In particolare abbiamo valutato il destino di cellule
della parete del cordone ombelicale in un secondo modello di SLA dopo iniezione intravenosa e/o
intracerebroventricolare. I nostri risultati hanno suggerito che: 1) l’utilizzo di queste nuove nanoparticelle
fluorescenti come marcatori cellulari, rappresenta un valido e affidabile sistema di tracciabilità cellulare;
2) le cellule impiantate presentano una risposta simile, in termini di localizzazione e permanenza nei tessuti,
indipendentemente dallo stato di salute del soggetto sperimentale (asintomatico, presintomatico,
sintomatico); 3) le cellule iniettate intracerebroventricolarmente permangono per un tempo maggiore ma
rimangono confinate nei ventricolari mentre le cellule iniettate sistemicamente migrano quasi selettivamente
nel polmone ma, seppure in piccola parte, raggiungono le aree cerebrali. Questi risultati rappresentano un
valido punto di partenza per pianificare uno studio di efficacia e, eventualmente, per rispondere a limiti o
potenzialità del trattamento effettuato.
E’ di recente sviluppo un terzo tipo di analisi che sfrutterà nano particelle duali con una componente
fluorescente ed una paramagnetica. Al momento il nostro gruppo sta testando la possibile interazione tra la
particelle e la cellula staminale di interesse (per escludere, come già fatto per i due studi precedenti, una
possibile tossicità delle nano particelle nella cellula da iniettare). Sarà poi nostro scopo approcciare uno
studio combinato con MRI e FMT per combinare la risoluzione del primo metodo con la sensibilità del
secondo. Questo ci permetterà di ridurre gli studi a tempi intermedi mediante analisi istologiche e quindi in
ottemperanza con le linee guida della comunità europea sulla necessità di ridurre l’uso degli animali
impiegati nella ricerca. Inoltre questa tecnica, se consolidata, potrebbe fornire una metodica di indagine
facilmente traslabile alla pratica clinica.
Il nematode Caenorhabditis elegans come modello sperimentale per lo studio in
vivo dei meccanismi molecolari alla base dell’aggregazione delle proteine
amiloidogeniche responsabili di patologie neurodegenerative
La descrizione degli eventi molecolari che modulano il processo di amiloidogenesi in vivo è essenziale per il
disegno di strategie terapeutiche efficaci. Per la comprensione di tali meccanismi nel nostro laboratorio viene
utilizzato il Caenorhabditis elegans in quanto esso rappresenta un modello sperimentale che offre
l’opportunità unica di analizzare in vivo le funzioni genetiche e molecolari dei geni correlati alle malattie
umane. Questo nematode offre il vantaggio di poter generare facilmente ceppi transgenici che esprimono
geni umani, producendo fenotipi specifici, che permettono l’identificazione di geni e/o proteine associate
specificamente alla patologia. In particolare, caratterizzando il fenotipo del transgene ottenuto lo si può
correlare con l’insorgenza della malattia, il processo degenerativo e l’espressione e l’aggregazione proteica
in forma oligomerica e fibrillare. Nel nostro laboratorio sono disponibili diversi ceppi transgenici che
esprimono, in modo costitutivo o inducibile, vari frammenti della proteina -amiloide umana in modo
specifico nei neuroni o nel muscolo. Abbiamo inoltre sviluppato nuovi ceppi transgenici che esprimono nei
neuroni i peptidi mutati della -amiloide con sostituzione A-V o A-T in posizione 2, per poter valutare per la
prima volta gli effetti di tali mutazioni. Stiamo inoltre sviluppando vermi transgenici che esprimono diverse
isoforme di proteina tau, coinvolta nello sviluppo di alcune patologie neurodegenerative note come tauopatie
e nella malattia di Alzheimer.
L’espressione dei peptidi di -amiloide nei vermi si traduce in inclusioni citoplasmatiche di e nella comparsa
di un fenotipo specifico, quale la paralisi progressiva del verme. Gli aggregati fibrillari che si depositano
sono simili a quelli osservati nel cervello dei pazienti affetti da Alzheimer o nei muscoli dei pazienti affetti
da Inclusion Body Myositis, la forma sporadica di miopatia più comune. Questi modelli vengono utilizzati
per lo studio della relazione tra la sequenza della proteina, la cinetica di formazione degli aggregati
amiloidogenici e la tossicità. Inoltre, utilizzando un ceppo transgenico che produce solo la forma oligomerica
della proteina, disponiamo di un buon modello predittivo per lo studio di potenziali farmaci che
interagiscono in modo specifico con gli oligomeri. Abbiamo inoltre dimostrato che i meccanismi molecolari
osservati in questi ceppi transgenici esprimenti proteine responsabili delle amiloidosi centrali sono comuni a
quelli che si verificano quando c’è espressione e deposito di proteine che causano amiloidosi centrali, come
nel caso delle catene leggere delle immunoglobuline o da 2-microglobulina. Questi modelli, su cui è
possibile applicare un approccio multidisciplinare integrato, genomico e molecolare, costituiscono la base
per lo sviluppo e la validazione di cure innovative e l’analisi in vivo delle funzioni molecolari dei geni
correlati alle amiloidosi umane.
Lo studio della proteina tau rappresenta un altro importante filone di ricerca del nostro laboratorio. In
particolare, negli ultimi anni abbiamo potuto valutare come alcune mutazioni a carico di tau possano
influenzare la patogenesi delle demenze frontotemporali (FTD), un gruppo eterogeneo di malattie
neurodegenerative che fa parte della più grande famiglia delle cosiddette tauopatie. Tau è la proteina
principale nella regolazione della dinamica e della morfogenesi dei microtubuli dei neuroni del sistema
nervoso centrale ed è fondamentale nella regolazione del trasporto assonale e del corretto funzionamento dei
neuroni stessi. Le principali alterazioni neuropatologiche causate da mutazioni a carico della proteina tau
sono rappresentate da una sua alterata capacità di interagire con i microtubuli e da una sua maggior
propensione nel formare degli aggregati insolubili.
Le nuove mutazioni della proteina tau sono state individuate, in collaborazione con l’Istituto Neurologico
“C. Besta”, attraverso degli screening genetici condotti su pazienti affetti da FTD. Le proteine mutate sono
state espresse in batteri, quindi sono state purificate e caratterizzate dal punto di vista biochimico e biofisico.
Alcune di queste mutazioni hanno tra l’altro mostrato delle proprietà neuropatologiche atipiche, come
un’aumentata capacità di promuovere la polimerizzazione dei microtubuli e la formazione di oligomeri
solubili piuttosto che di filamenti insolubili. Partendo da queste osservazioni abbiamo prodotto dei ceppi
transgenici di C. elegans che esprimono le proteine tau mutate, con l’obbiettivo di studiarne in modo più
approfondita le proprietà neurotossiche. Lo studio delle alterazioni a carico della proteina tau, sia in vitro, sia
in modelli cellulari e animali, ci permetterà quindi di valutare con maggior precisione i meccanismi
patogenetici alla base delle tauopatie.
Laboratorio di Biologia Molecolare
Struttura e funzione dei molibdo-enzimi
I molibdo-enzimi sono proteine che richiedono un cofattore molibdo-pterinico (cofattore molibdenico) per la
loro attività catalitica. Fino a pochi anni fa si riteneva che la famiglia fosse costituita da tre soli membri: la
sulfito ossidasi, l’aldeide ossidasi e la xantina ossido reduttasi. Nel corso degli ultimi dieci anni di ricerca il
nostro laboratorio ha determinato la struttura dei geni codificanti diversi molibdo-enzimi nei roditori e
nell’uomo. In particolare si è dimostrato che, nei roditori, esistono quattro aldeidi ossidasi diverse (Aox1,
Aox3, Aox4 e Aox3l1) caratterizzate da notevole similarità strutturale e funzionale. Il substrato fisiologico
e la funzione omeostatica di queste proteine sono ancora sconosciuti, anche se è noto che le aldeidi ossidasi
sono in grado di ossidare aldeidi alifatiche ed aromatiche nei rispettivi acidi carbossilici e di idrossilare
diversi tipi di anelli aromatici n-eterociclici. Le quattro diverse aldeidi ossidasi di ratto e topo sono il
prodotto di altrettanti geni posizionati a poca distanza uno dall’altro sullo stesso cromosoma e originatisi
attraverso un processo di duplicazione genica asincrona. I nostri studi mirati alla determinazione del
processo evolutivo dei geni codificanti le aldeidi ossidasi hanno permesso di stabilire che la storia di questi
geni è fatta di fenomeni di duplicazione e di soppressione. Tale processo evolutivo ha portato hanno portato
i diversi genomi dei vertebrati ad avere un numero di aldeidi ossidasi variabile da uno a quattro. In
particolare, l’ uomo è caratterizzato dalla presenza di un singolo gene attivo (AOX1) e di due pseudo geni
inattivi localizzati sul cromosoma 2. Da un paio di anni siamo impegnati nella definizione della funzione
delle diverse aldeidi ossidasi di topo con l’obiettivo di stabilire le ragioni alla base della disparità nel numero
di tali enzimi tra uomo e roditori. A questo scopo abbiamo generato due animali knock-out, uno per il geni
AOX4, l’altro per il gene AOX3l1. L’animale knock-out per il gene AOX4 è stato caratterizzato
fenotipicamente, dimostrando alterazioni minime a livello dello strato epidermico. Il topo knock-out
presenta infatti ipertrofia dell’epidermide associata a particolare fragilità dello strato corneo. A livello
biochimico abbiamo osservato deficienza nella capacità di sintetizzare acido retinoico in situ nei due organi
nei quali l’enzima AOX4 è presente in quantità apprezzabili (pelle e ghiandola di Harder). L’osservazione è
in linea con l’idea che AOX4 possa avere un ruolo nel metabolismo della retinaldeide ad acido retinoico, il
metabolita attivo della vitamina A. Abbiamo inoltre nuovi dati che indicano un ruolo di AOX4 per il
controllo dell’omeostasi del tessuto adiposo. La cosa è di particolare importanza anche per l’uomo, in
quanto sembra che AOX1 possa avere un effetto similare per ciò che concerne la sintesi e la deposizione
lipidica. Stiamo effettuando studi di tipo similare sul topo knock-out per AOX3l1.
I retinoidi nel trattamento e nella chemio-prevenzione della leucemia mieloide e del
carcinoma mammario
Da anni il nostro laboratorio è impegnato a definire il potenziale dei derivati naturali e sintetici dell’acido
retinoico, il metabolita attivo della vitamina A. Questi composti comunemente definiti retinoidi sono
caratterizzati da effetti cito-differenziativi, anti-proliferativi e apoptotici, effetti che nel loro insieme sono
alla base dell’azione terapeutica di questi composti nell’ambito della leucemia mieloide e del carcinoma
della mammella. I retinoidi sono agenti terapeutici molto attivi ma dotati di effetti collaterali importanti
soprattutto nell’ambito di un loro utilizzo di lunga durata. L’utilizzo clinico ottimale dei retinoidi richiede
una migliore conoscenza dei meccanismi d’azione alla base degli effetti anti-neoplastici esercitati da questo
tipo di composti. Una conoscenza approfondita in questo senso è fondamentale per il disegno di nuove
strategie di trattamento a base di retinoidi caratterizzate da aumento dell’indice terapeutico di questi
composti. Da anni siamo interessati alla definizione dei meccanismi molecolari che regolano l’attività dei
recettori nucleari per l’acido retinoico con l’dea che questo possa portare all’identificazione di bersagli da
modularsi modulati in maniera specifica con agenti farmacologici. Riteniamo infatti che questo possa
portare allo sviluppo di combinazioni razionali tra retinoidi ed altri agenti farmacologicamente attivi da
utilizzarsi nel trattamento di diversi tipi di tumori. Tale approccio ha recentemente portato all’identificazione
della prolil-isomerasi, Pin1, quale regolatore negativo dell’attività del recettore RARα per l’acido retinoico.
Inibitori farmacologici di Pin1 si sono di mostrati particolarmente efficaci nel sensibilizzare la cellula
leucemica agli effetti anti-neoplastici dei retinoidi. Tali risultati aprono la possibilità di sviluppare
combinazioni a base di inibitori di Pin-1 e retinoidi nel trattamento della leucemia acuta mieloide. Seguendo
lo stesso tipo di logica, abbiamo recentemente dimostrato che l’inibizione del microRNA miR-21 nel
carcinoma della mammella positivo per il recettore degli estrogeni possa essere di grande importanza per
potenziare l’attività anti-proliferativa dei retinoidi in questo particolare tipo di tumore. Abbiamo infine
osservato che un sottogruppo particolare di carcinoma della mammella HER2/neu-positivi possa giovarsi del
trattamento a base di retinoidi e di associazioni tra retinoidi ed inibitori dell’attività tirosina-chinasica del
recettore HER2/Neu. Stiamo attualmente conducendo una serie di studi mirati a definire i determinanti
cellulari e molecolari alla base della sensibilità/resistenza ai retinoidi osservabile nel carcinoma della
mammella, utilizzando un approccio in grado di integrare le metodologie di genomica “high-throughput” con
la farmacologia molecolare dei retinoidi. A questo scopo, stiamo definendo il profilo di risposta ai retinoidi
di un pannello do oltre 40 linee cellulari di carcinoma della mammella caratterizzate per la loro espressione
genica di base, per le variazioni di “copy number” genico (CNV) e per la presenza di polimorfismi genici.
Nella stessa ottica, abbiamo messo a punto una metodica in vitro per l’incubazione a breve termine con
retinoidi di preparazioni istologiche provenienti da campioni chirurgici di pazienti affette da carcinoma
mammario.
Laboratorio di Farmacodinamica e Farmacocinetica
Malattie da misfolding proteico
Uno dei principali settori d’interesse del laboratorio riguarda le malattie causate da un alterato ripiegamento
(“misfolding”) di particolari peptidi o proteine. Il misfolding proteico determina la perdita della funzione
fisiologica della proteina (loss-of-function) e, spesso, l’acquisizione di proprietà tossiche (gain-of-function).
In particolare, se la catena polipeptidica non si ripiega correttamente nella struttura proteica “nativa”
(generalmente globulare), può esporre residui che ne aumentano la propensione all’aggregazione, generando
oligomeri tossici e le strutture multimeriche fibrillari che costituiscono i depositi amiloidi caratteristici di
queste malattie. Tipici esempi di malattie da misfolding proteico, studiate nel laboratorio, sono: la malattia di
Alzheimer, caratterizzata dall’aggregazione di peptidi di 40-42 aminoacidi (Aβ1-40 e Aβ1-42, presenti nelle
placche amiloidi presenti nel cervello dei pazienti Alzheimer); le encefalopatie spongiformi dovute al
misfolding e all’aggregazione della proteina prionica (PrP) e le amiloidosi periferiche che coinvolgono la
transtiretina e la β2-microglobulina. Gli studi di questi ultimi anni evidenziano un ruolo patogenetico del
misfolding proteico e della conseguente formazione di aggregati proteici tossici in un numero sempre
crescente di malattie, suggerendo meccanismi molecolari comuni. Una migliore comprensione di questi
meccanismi è fondamentale per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.
In questo settore, l’attività del laboratorio è rivolta principalmente alla caratterizzazione dell’aggregazione di
diverse proteine amiloidogeniche, in diverse condizioni sperimentali, e alla possibilità di intervenire
farmacologicamente per impedire la formazione degli aggregati tossici. Per questi studi si utilizzano
differenti metodiche, in silico (con simulazioni computazionali), in vitro (approcci chimico-fisici e
biochimici), e in vivo, in particolare nel nematode C. elegans, in collaborazione con la D.ssa Diomede
(laboratorio di “Biochimica e Chimica delle Proteine”).
Una delle principali metodiche utilizzate nel nostro laboratorio è la Risonanza Plasmonica di Superficie
(RPS), una sofisticata tecnologia per l’analisi, in vitro, delle interazioni tra macromolecole. In questi ultimi
anni abbiamo sviluppato protocolli di RPS per studiare la cinetica di polimerizzazione di fibrille amiloidi di
PrP o Aβ, e per la cattura specifica delle specie oligomeriche tossiche. Queste metodiche ci hanno permesso
di studiare l’effetto di mutazioni, di testare molecole con potenziali effetti anti-aggreganti o di identificare
potenziali interattori dei diversi stati di aggregazione, confermando, ad esempio, l’interazione tra PrP e
oligomeri di Aβ1-42. La RPS è stata anche utilizzata, nell’ambito di un progetto europeo (NAD,
Nanoparticles for Alzheimer Disease, FP7), per studiare l’interazione di nanoparticelle, opportunamente
funzionalizzate, con aggregati di Aβ. L’identificazione di nanoparticelle che possano veicolare farmaci e/o
mezzi di contrasto al sito di interesse (in questo caso gli aggregati di Aβ) può offrire nuove opportunità
diagnostiche e terapeutiche.
Un’ipotesi attualmente oggetto di studio riguarda la possibilità che i danni neuronali osservati in alcune
malattie neurodegenerative da misfolding siano conseguenza di alterazioni primarie a livello della sinapsi e
della trasmissione sinaptica, causate dagli aggregati tossici. Recentemente, in collaborazione con il
laboratorio di “Neurobiologia dei Prioni” (Dott. R. Chiesa), e utilizzando metodiche biochimiche per lo
studio del rilascio e della ricaptazione dei neurotrasmettitori, abbiamo evidenziato che l’espressione di una
proteina prionica mutata (PG14) è associata ad alterazioni della trasmissione glutamatergica, secondarie ad
un difetto dei canali al calcio voltaggio-dipendenti.
In altri progetti, il laboratorio applica metodiche analitiche, tra cui la cromatografia liquida abbinata alla
spettrometria di massa, per la determinazione quantitativa dei farmaci nei campioni biologici (ad esempio
plasma o tessuto cerebrale). Nell’ambito del progetto NAD, introdotto precedentemente, siamo coinvolti
nella valutazione delle proprietà farmacocinetiche dei farmaci veicolati dalle nanoparticelle, in particolare
per ciò che riguarda il loro passaggio della barriera emato-encefalica. Collaboriamo poi al progetto
PHARMACOG (IMI), che vede coinvolti diversi laboratori a livello europeo e che si propone di identificare
e validare strumenti preclinici per una più affidabile identificazione di molecole attive per la malattia di
Alzheimer. In particolare, siamo responsabili della caratterizzazione delle proprietà farmacocinetiche di
donepezil e memantina (farmaci già utilizzati) in nuovi modelli animali nei quali saranno valutati in parallelo
gli effetti farmacologici. Collaboriamo infine a studi clinici, coordinati da ricercatori dell’Istituto Besta di
Milano (dott. F. Tagliavini) e dell’Ospedale SanMatteo di Pavia (prof. P. Merlini), che si propongono di
valutare gli effetti del trattamento con doxiciclina in pazienti con la malattia di Creuzfeldt-Jacob (malattia da
prioni) o con amiloidosi periferiche (dialisi-correlata o da transtiretina). Il nostro laboratorio è responsabile
della misurazione dei livelli plasmatici di doxiciclina in questi pazienti, e quindi della caratterizzazione del
profilo farmacocinetico.
Coenzima Q10 Nella Sclerosi Laterale Amiotrofica
La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una grave malattia neurodegenerativa che colpisce i motoneuroni a
livello del tronco encefalico e del midollo spinale, determinando una paralisi progressiva fino alla morte per
compromissione dei muscoli respiratori. L’eziopatogenesi della SLA è in gran parte ignota, anche se
importanti informazioni sono derivate dalla scoperta che mutazioni sul gene della superossido-dismutasi
(SOD) sono responsabili della maggior parte dei casi di SLA familiare. Studi condotti sui topi transgenici
che riproducono queste mutazioni, e che sviluppano una malattia del motoneurone, hanno evidenziato un
aumentato stress ossidativo e danni a livello mitocondriale. Il coenzima Q10 (CoQ10 o ubiquinone) è uno dei
principali componenti della catena respiratoria presente a livello mitocondriale. Inoltre, nella sua forma
ridotta (ubiquinolo, la principale forma presente nell’organismo) ha proprietà antiossidanti.
Per queste ragioni, abbiamo condotto uno studio in collaborazione con il laboratorio di “Neurobiologia
Molecolare” (D.ssa C. Bendotti) che si occupa specificatamente di SLA e che dispone dei topi transgenici
modello della malattia, con lo scopo di indagare possibili correlazioni tra i livelli di CoQ10 (misurati nel
plasma e nel SNC) e lo stadio e la gravità della malattia, e di valutare l’effetto di un trattamento cronico di
questi animali con nuove formulazioni di ubiquinolo.
Neurofarmacologia dei sistemi Glutamatergico e Serotoninergico
Il Laboratorio ha una lunga tradizione per ciò che riguarda la neurofarmacologia dei principali sistemi
neurotrasmettitoriali, in particolare per i sistemi glutamatergico e serotoninergico. La disponibilità delle
metodiche utili per l’analisi dei principali meccanismi di trasmissione sinaptica (rilascio del
neurotrasmettitore, legame ai recettori e ricaptazione tramite specifici trasportatori) ha consentito importanti
collaborazioni. Con il laboratorio di Neurobiologia Sperimentale (D.ssa A. Vezzani), ad esempio, abbiamo
studiato l’espressione e la localizzazione dei recettori NMDA durante l’epilettogenesi; abbiamo inoltre
collaborato con diversi Dipartimenti Universitari di Chimica Farmaceutica per la caratterizzazione di nuove
molecole di sintesi.
Nanotecnologie
L’applicazione delle nanotecnologie in campo biomedico rappresenta sicuramente un settore di grande
interesse e in notevole espansione. Le possibilità offerte dalle nanoparticelle di immagazzinare e proteggere
un farmaco o un mezzo di contrasto, di veicolarlo al sito bersaglio (grazie ad opportune funzionalizzazioni
della loro superficie) e di rilasciarlo in modo controllato, permettono nuove opportunità terapeutiche e
diagnostiche. Il laboratorio partecipa, contribuendo con diverse competenze, a progetti di ricerca che
riguardano la progettazione e la caratterizzazione di nuove nanoparticelle per uso biomedico. L’utilizzo della
tecnologia RPS ci permette di poter verificare l’effettiva interazione della nanoparticella con il suo presunto
recettore biologico, identificando con un veloce test in vitro le nanoparticelle più promettenti. Abbiamo
inoltre sviluppato nuovi approcci di RPS per studiare la formazione della cosiddetta “corona”, cioè dello
strato proteico che si forma sulla superficie delle nanoparticelle quando entrano in contatto con fluidi
biologici (ad esempio il sangue) e che ne possono alterarne completamente le proprietà farmacocinetiche e
farmacodinamiche. E’ noto che la formazione della “corona” proteica dipende dalle caratteristiche chimicofisiche delle nano particelle e, anche in questo caso, la possibilità di controllare questo aspetto con un veloce
test in vitro può essere di grande utilità. Infine, le nostre competenze analitiche sono applicate allo studio
delle cinetiche di rilascio dei farmaci dalle nanoparticelle e/o all’analisi del profilo farmacocinetico dei
farmaci, veicolati dalle nanoparticelle, dopo trattamento in vivo.
Interazioni Molecolari
La disponibilità della Risonanza Plasmonica di Superficie (RPS), una tecnologia specificatamente sviluppata
per studiare nei dettagli le interazioni tra molecole, ha permesso di contribuire in maniera rilevante in
differenti progetti condotti in collaborazione con altri laboratori.
Uno di questi, particolarmente significativo, condotto con il Laboratorio di “Infiammazione e malattie del
sistema nervoso” (D.ssa M.G. De Simoni) e con il Dipartimento di Chimica Organica e Industriale
dell’Università di Milano (Prof. A. Bernardi), riguarda il ruolo di della proteina Mannose Binding Lectin
(MBL) nei danni indotti da ischemia cerebrale e la possibilità di avere significativi effetti anti-ischemici con
inibitori di MBL. Gli studi attualmente in corso prevedono la sintesi di nuovi ligandi, la valutazione della
loro interazione con MBL in vitro, tramite i nostri studi con RPS, e la validazione dei possibili effetti antiischemici con esperimenti in vivo.
Il nostro laboratorio è anche coinvolto in alcuni progetti, in collaborazione con il Negri Bergamo (in
particolare dott.ssa Morigi e dott.ssa Noris), che riguardano la caratterizzazione di nuovi possibili
meccanismi molecolari coinvolti in alcune gravi patologie coma la Porpora Trombotica Trombocitopenica e
la Sindrome Emolitico-Uremica. In particolare, stiamo utilizzando la RPS per indagare la possibilità che
esistano interazioni tra proteine non ancora descritte, che spieghino in maniera più soddisfacente le relazioni
tra formazione di trombi e attivazione delle cascate del complemento.
Il laboratorio è anche partner in un progetto multicentrico dal titolo “SEPSIS - Sistema Miniaturizzato per la
Diagnostica Molecolare E Proteomica della Sepsi, basato sulla Risonanza Plasmonica di Superficie”, che si
propone di identificare dei biomarkers di sepsi utili e di implementare dei nuovi sistemi RPS a basso costo
per una diagnosi rapida. In particolare, il nostro Laboratorio si sta occupando dell’identificazione e
validazione di potenziali biomarkers, misurandone la presenza nel plasma tramite interazione con specifici
anticorpi immobilizzati sul sensore del nostro sistema “classico” di RPS.
Laboratorio di Patologia Molecolare
Modelli in vitro per lo studio delle patologie del motoneurone
Forme mutate di proteine specifiche svolgono un ruolo preminente in molte patologie neurodegenerative. E’
quindi importante poter riprodurre nei modelli sperimentali l’espressione di queste proteine tossiche.
Nel laboratorio è disponibile la linea motoneuronale NSC-34, ampiamente validata per lo studio delle
malattie del motoneurone. A questa linea è stato applicato il sistema noto come pTet-Off che permette di
modulare l’espressione di geni di interesse tramite la presenza di tetracicline ed è stata ottenuta una linea
(NSC-34-tTA40) che esprime stabilmente la proteina transattivatrice tTA e può essere utilizzata per lo studio
dei meccanismi patogenetici di malattie del motoneurone dopo trasfezione transiente/stabile di geni di
interesse per queste patologie.
La linea NSC-34 e la linea NSC-34-tTA40 sono quindi state utilizzate per sviluppare modelli in vitro per lo
studio dei meccanismi patogenetici della sclerosi laterale amiotrofica. Forme mutate di superossido dismutasi
1 sono responsabili di alcune delle forme familiari di questa malattia. Sono state perciò generate linee
cellulari che esprimono in modo costitutivo o condizionale la forma mutata G93A della superossido
dismutasi 1 umana.
Nuovi bersagli intracellulari nella degenerazione selettiva del motoneurone nella
sclerosi laterale amiotrofica
La sclerosi laterale amiotrofica è una patologia del motoneurone ad esito infausto in tempi brevi per cui non
sono disponibili terapie. L'identificazione dei meccanismi biochimici e molecolari alterati dalla patologia è
una via per favorire la messa a punto di strategie terapeutiche efficaci. Abbiamo utilizzato i diversi modelli
cellulari creati nel laboratorio per studiare i meccanismi biochimico-molecolari delle alterazioni della
morfologia mitocondriale osservate a stadi precoci della malattia nei terminali dei nervi motori di pazienti e
in modelli sperimentali murini. I nostri modelli esprimono la forma mutata G93A di superossido dismutasi 1
(SOD1) umana. Abbiamo mostrato che i motoneuroni sono un tipo cellulare particolarmente suscettibile al
danno mitocondriale e che il danno morfologico del mitocondrio è modulato dalla quantità di proteina SOD1
mutata della cellula. Inoltre in presenza di G93ASOD1, i motoneuroni appaiono più vulnerabili agli effetti
tossici di inibitori della catena mitocondriale di trasporto degli elettroni suggerendo che farmaci e sostanze
esogene (ad esempio contaminanti ambientali) con queste caratteristiche possano rappresentare dei fattori di
rischio. Nelle cellule motoneuronali, abbiamo evidenziato una modulazione della glutammato cisteina ligasi
che regola la sintesi del glutatione, il principale antiossidante cellulare, a seconda del livello di proteina
SOD1 mutata. Ad un maggior livello di espressione della SOD1 mutata corrisponde un abbassamento del
livello di glutatione. Questo effetto è associato ad un più basso livello di glutammato, un aminoacido che è
sia un precursore del glutatione sia un neurotramettitore. La disponibilità di glutatione può essere un fattore
importante per contrastare la formazione di proteine nitrate, un aspetto della tossicità delle forme mutate di
SOD1 che è stato studiato in collaborazione con il laboratorio di Proteomica Traslazionale.
Abbiamo inoltre mostrato come in cellule motoneuronali che esprimono la forma G93ASOD1 vi sia una
inappropriata risposta adattativa all’ipossia. Le cellule G93ASOD1 esposte ad ipossia hanno una minore
vitalità, stress autofagico e alterazioni del metabolismo energetico mitocondriale in confronto alle cellule non
trasfettate o che esprimono SOD1 in forma wild type. L’ipossia è uno stress strettamente correlato al decorso
della malattia nei pazienti affetti da sclerosi laterale amiotrofica e i risultati del nostro studio suggeriscono
che una risposta alterata a questo stress potrebbe contribuire al meccanismo di neurodegenerazione. In
particolare l’attivazione di autofagia, un meccanismo protettivo in ipossia, sembra diventare un meccanismo
tossico evidenziando le difficoltà dell’utilizzo dell’induzione di autofagia come parte di un approccio
terapeutico in questa malattia, in accordo con i risultati di diversi studi clinici.
La superfamiglia del citocromo P-450
La maggioranza dei farmaci esistenti dipende dall'attività del sistema del citocromo P-450 per porre termine
agli effetti biologici o per gli effetti collaterali o per lo scatenamento di reazioni avverse. Il laboratorio di
Patologia Molecolare si è a lungo occupato dei meccanismi di induzione/degradazione di specifici citocromo
P-450 che avvengono in seguito all'assunzione di farmaci o in seguito a patologie.
L'attivazione degli enzimi della via metabolica di degradazione dell’eme (isozimi
dell’eme ossigenasi e della biliverdina reduttasi) come meccanismo protettivo di
risposta allo stress
Il sistema enzimatico dell’eme ossigenasi (HO) provvede alla degradazione delle molecole contenenti eme
(ad esempio citocromi ed emoglobina) e al riciclo del ferro. Il monossido di carbonio e i pigmenti biliari,
prodotti da questa attività catalitica, hanno importanti funzioni regolatorie all’interno della cellula. Un
aumento della attività enzimatica dell’HO (di solito dovuta all’attivazione dell’isoforma inducibile HO-1) è
attualmente considerato un meccanismo protettivo di risposta cellulare allo stress. In passato il laboratorio ha
identificato le citochine come induttori dell'attività dell'HO e come attivatori trascrizionali di HO-1.
Attualmente ci proponiamo di caratterizzare il ruolo di HO-1 dal punto di vista biochimico e funzionale in
condizioni di neurodegenerazione.
Laboratorio di Proteomica Traslazionale
Identificazione di proteine biomarcatori della SLA nei linfomonociti di pazienti
Un biomarcatore è una molecola indicatore dello stato patologico o fisiologico di un organismo. Un
biomarcatore di malattia è potenzialmente uno strumento molto importante in clinica in quanto può aiutare a
diagnosticare precocemente una malattia, a monitorarne la progressione, e a valutare l’efficacia di trattamenti
sperimentali. Inoltre, le proteine, i biomarcatori per eccellenza, possono fungere da indicatori dei meccanismi
molecolari che causano la malattia e quindi aiutare la ricerca di base nello sviluppo di approcci terapeutici
nuovi e più efficaci. La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia neurodegenerativa che colpisce i
motoneuroni, le cellule nervose che impartiscono ai muscoli il comando di movimento. In generale, si assiste
alla perdita progressiva delle funzioni motorie, fino alla paralisi dei muscoli respiratori e alla morte. La SLA
è una malattia difficile da diagnosticare. Oggi non esiste alcun test o procedura che fornisca una diagnosi
definitiva di SLA. La diagnosi viene formulata attraverso un attento esame clinico e ripetuto nel tempo da
parte di un neurologo esperto ed una serie di esami diagnostici per escludere altre malattie. Per la SLA, oltre
a non esserci ad oggi una cura risolutiva, non esistono neppure dei biomarcatori validati, cioè verificati su
ampie popolazioni di pazienti e di soggetti di controllo. La ricerca dei biomarcatori per le malattie
neurodegenerative come la SLA si è concentrata principalmente nell’indagine del liquido cerebrospinale
(CSF). Il CSF, il fluido che lambisce il sistema nervoso centrale e ne riflette i cambiamenti, è considerato il
campione di riferimento per la ricerca dei biomarcatori delle malattie neurologiche. Purtroppo, nonostante i
progressi tecnologici nell’ambito dell’analisi delle proteine (le tecniche di proteomica), l’analisi del CSF
rimane molto complessa. Inoltre, il prelievo del CSF è altamente invasivo e difficilmente attuabile in studi di
validazione su larga scala ed in studi longitudinali. In collaborazione con il Laboratorio di Neurobiologia
Molecolare e il Laboratorio di Metodologia per la Ricerca Biomedica dell’Istituto Mario Negri di Milano e
con la Fondazione Salvatore Maugeri, IRCCS, di Milano e il Centro clinico NEMO di Milano, abbiamo
condotto una serie di studi mirati ad identificare biomarcatori della SLA. La novità sta nel fatto che i
biomarcatori sono stati ricercati nelle cellule mononucleate del sangue (PBMC), sostanzialmente linfociti e
monociti, facilmente isolabili da sangue periferico e più semplici da analizzare con metodologie proteomiche
rispetto al CSF. Il razionale per questa analisi è che la SLA non è più considerata una malattia cellautonomous, cioè non colpisce esclusivamente i motoneuroni. Infatti sono state riscontrate alterazioni
sistemiche anche nelle cellule PBMC. Quindi è stato fatto uno studio di proteomica differenziale, cioè è stato
paragonato l’insieme delle proteine espresse dalle cellule PBMC di pazienti SLA con quello di individui sani
e pazienti affetti da malattie con sintomi simili alla SLA. Sono state individuate delle proteine che riescono a
distinguere efficacemente i pazienti SLA dai casi controllo [per esempio chloride intracellular channel
protein 1 (CLIC1), heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A2/B1 (ROA2), tyrosine nitrated actin,
interleukin-1 receptor-associated kinase 4 (IRAK4), cyclophilin A (CypA), etc.) e che sono correlate con la
progressione della malattia (CypA, protein disulfide isomerase A3 e TDP-43). Queste proteine sono state poi
misurate in un modello animale di SLA e alcune di queste risultano essere alterate nello stesso modo che
nell’uomo (CypA, CLIC1, tyrosine nitrated actin, glutathione S-transferase omega-1, far upstream elementbinding protein 1), già prima dell’esordio dei sintomi. Questo fa ben sperare che la valutazione di tali
biomarcatori possa essere sfruttata per diagnosticare precocemente la malattia anche nell’uomo. Inoltre, il
parallelo uomo-modello animale permetterà di studiare in profondità queste proteine che potrebbero essere
coinvolte nei meccanismi molecolari che causano la SLA, ancora sconosciuti. Anche in questo caso siamo di
fronte a dei candidati biomarcatori che aspettano una validazione su un’ampia popolazione di pazienti SLA e
casi controllo. La validazione sarà agevolata da un reperimento più facile dei campioni biologici, sangue
piuttosto che CSF, e dal procedimento analitico molto meno complesso di quello utilizzato nella fase di
identificazione. Il Laboratorio di Proteomica Traslazionale ha ora in programma uno studio di validazione di
questi biomarcatori.
Alterazioni nella secrezione proteica e rilascio di esosomi da astrociti derivanti da
un modello murino di SLA: Implicazioni per la diffusione da cellula a cellula della
patologia e la morte del motoneurone
I meccanismi che portano alla vulnerabilità selettiva dei motoneuroni nella SLA non sono ancora noti.
L'interazione tra motoneuroni e astrociti sembra essere cruciale per l’insorgenza della malattia. Gli astrociti,
le cellule gliali più abbondanti del sistema nervoso centrale, sono responsabili di importanti funzioni
protettive per i motoneuroni, come il rilascio di fattori trofici. Tuttavia, gli astrociti possono anche adottare
un stato di attivazione che sembra contribuire al processo patogenetico della SLA. Abbiamo confrontato il
proteoma di astrociti di topi che sovraesprimono G93A SOD1, il miglior modello murino di SLA, con quello
di topi che sovraesprimono wild-type WT SOD1. L'obiettivo era quello di individuare le cascate molecolari
alterate a seguito dell'espressione della proteina mutata. Abbiamo dimostrato che la sovraespressione di
G93A SOD1 in colture primarie di astrociti è associata a diminuzione dei livelli di proteine coinvolte nelle
vie di secrezione proteica. Questo è collegato ad una riduzione generale delle proteine secrete totali, ma
anche ad un aumento specifico in un certo numero di proteine nei media cellulari, come SOD1 mutata e
valosing-containing protein ( VCP ) / p97. Poiché c'è anche un aumento del rilascio di esosomi si può
dedurre che gli astrociti che esprimono SOD1 mutata attivino vie di secrezione proteica non convenzionali,
probabilmente come meccanismo di protezione. Questo può contribuire a limitare la formazione di aggregati
intracellulari e contrastare la tossicità di SOD1 mutata. Abbiamo anche visto che gli esosomi astrocitari
riescono a trasferire in modo efficiente SOD1 mutata all’interno dei neuroni spinali e inducono morte
selettiva del motoneurone. Possiamo concludere che l'espressione di SOD1 mutata ha un impatto sostanziale
sulle vie di secrezione proteica degli astrociti, contribuendo così alla diffusione da cellula a cellula della
patologia e alla morte del motoneurone.
Laboratorio per lo Studio dei Sistemi Biologici
Analisi sistemica delle interazioni proteiche nel complesso delle giunzioni
intercellulari
Le giunzioni intercellulari, che formano il cosiddetto complesso giunzionale apicale, mediano l’adesione fra
cellule contigue e rappresentano dunque la base cellulare della coesione dei tessuti, come (ad esempio) il
rivestimento epiteliale dell’intestino. Al fine di acquisire una comprensione sistemica del complesso
giunzionale apicale, abbiamo studiato (mediante metodiche d’analisi delle reti o ‘network analysis’) tutte le
interazioni tra proteine che sono state descritte a livello delle giunzioni di cellule epiteliali umane. Sebbene
veri e propri ‘hubs’ (vale a dire proteine molto rare ma con un numero molto alto d’interazioni con altre
proteine) fossero assenti dal network giunzionale, le proteine con maggior numero d’interazioni erano
proteine molto importanti perché prodotte da geni essenziali per la sopravvivenza. Inoltre, all’interno del
network giunzionale, abbiamo potuto osservare moduli (vale a dire gruppi di proteine molto densamente
connesse tra loro). L’analisi dei moduli ha infine messo in luce principi organizzativi generali del complesso
giunzionale. Questo progetto ci ha permesso di convalidare l’utilità della ‘network analysis’ per lo studio
degli elementi e delle funzioni della cellula.
Laboratorio di Trasduzione del Segnale
Caratterizzazione della funzione di SEPN1, una proteina redox coinvolta in alcune
forme di miopatie congenite
Molti studi hanno evidenziato che un’alterazione dell’equilibrio ossido-riduttivo (redox) incide sul processo
di ripiegamento proteico e che tale alterazione nel reticolo endoplasmatico (ER) si ripercuote sull’omeostasi
del calcio che governa la fisiologia muscolare. Tuttavia, le difficoltà nella manipolazioni in vivo dello stato
redox hanno impedito fino ad ora lo studio dei pathway molecolari che collegano l’omeostasi redox della
cellula con la fisiologia muscolare. Recentemente abbiamo caratterizzato gli enzimi che sovraintendono
all’omeostasi redox nell’ER. I nostri dati preliminari indicano che SEPN1, una proteina la cui funzione è
ignota e che se mutata causa delle miopatie congenite, gioca un ruolo importante nel mantenimento
dell’equilibrio redox. Intendiamo quindi manipolare geneticamente SEPN1 per individuare le proteine
sensibili alle variazioni redox e connesse con la fisiologia muscolare e sfruttare le conoscenze acquisite per
curare le miopatie connesse a SEPN1.
Questo progetto mira ad individuare i pathway sensibili alle variazioni dell’ambiente redox e che sono
connessi con la fisiologia muscolare attraverso delle manipolazioni genetiche di SEPN1. L’obiettivo finale è
di riuscire a manipolare farmacologicamente il meccanismo d’azione di SEPN1 in modo da curare le
miopatie congenite di cui SEPN1 è responsabile e le patologie muscolari dovute ad un’alterazioni
dell’ambiente redox.
La funzione di SEPN1 è ignota. Tuttavia, lo studio della sequenza proteica di SEPN1 ha identificato un
dominio omologo al sito attivo delle Tioredoxine Reduttasi. Quest’ultime sono enzimi il cui meccanismo
catalitico è noto e con una chiara attività redox. Intendiamo sfruttare l’omologia tra SEPN1 e le Tioredoxine
Reduttasi per creare dei mutanti genetici di SEPN1 che permettano l’individuazione delle proteine interattrici
sensibili all’ambiente redox attraverso tecniche quantitative di spettrometria di massa. L’uso di specifici
sensori ci permetterà di valutare come gli interattori di SEPN1 sensibili all’ambiente redox influiscano
sull’omeostasi del calcio e sulla fitness muscolare e le conoscenze funzionali acquisite saranno utili ad
individuare in un "high throughput screening" delle piccole molecole che modulino la funzione di SEPN1.
Infine valuteremo l’impiego di acido ascorbico per bloccare la progressione delle miopatie connesse a
SEPN1 in modelli murini ad hoc.