L'apoptosi è un meccanismo di morte cellulare che può esplicarsi mediante vie diverse che convergono a livello dei mitocondri. Alterazioni delle vie apoptotiche sono associate a numerose malattie tra cui il cancro. La crescita tumorale è un processo molto complesso che coinvolge alterazioni nelle vie di segnalazione che inducono l'attivazione della proliferazione e/o l'inibizione della morte cellulare. Questo progetto si propone di studiare la regolazione dell'apoptosi in modelli cellulari di due differenti tumori, gli oncocitomi della tiroide, caratterizzati da iperplasia mitocondriale, e tumori midollari della tiroide, causati da alterazioni funzionali del proto-oncogene RET. Recentemente, il nostro gruppo di ricerca ha riportato una significativa frequenza di mutazioni "disruptive" nei geni mitocondriali che codificano alcune subunità del complesso I nei tumori oncocitici. Negli stessi tumori, abbiamo identificato anche mutazioni nei geni nucleari che codificano altre subunità dello stesso complesso respiratorio, che potrebbe quindi rappresentare un "hotspot" di potenziali mutazioni patogene. Tuttavia, non è ancora stato chiarito se e come queste mutazioni contribuiscano allo sviluppo del tumore. Il primo scopo di questo progetto è dimostrare che la mancanza del complesso I promuove la tumorigenesi e che la crescita tumorale è associata all'inibizione dell'apoptosi, come suggerito da nostri esperimenti preliminari. Inoltre, intendiamo analizzare quali meccanismi molecolari sono coinvolti nella resistenza all'apoptosi. A questo proposito, è possibile che il difetto nel complesso I attivi la biogenesi mitocondriale come risposta al deficit energetico, favorendo la proliferazione cellulare. Per verificare questa ipotesi analizzeremo il coinvolgimento di vari regolatori della biogenesi mitocondriale, focalizzando la nostra attenzione su PGC1-a. Come ipotesi alternativa, è possibile che la disfunzione energetica mitocondriale causi una riduzione del contenuto intracellulare di calcio, che è stata associata con la resistenza all'apoptosi. L'omeostasi del calcio intracellulare sarà studiata in collaborazione con l'Unità 1, utilizzando proteine ricombinanti indirizzate ai diversi depositi di calcio intracellulari. Le disfunzioni mitocondriali potrebbero anche indurre l'attivazione del processo autofagico, che è noto essere utilizzato dalle cellule tumorali per la sopravvivenza. Si valuterà pertanto il coinvolgimento di tale processo. L'altro tumore di cui ci occupiamo è quello midollare della tiroide, caratterizzato da mutazioni nel proto-oncogene RET, un recettore tirosin-chinasico che appartiene alla famiglia dei "dependence receptors". Tali recettori possono generare segnali intracellulari opposti. In presenza del ligando, attivano la sopravvivenza, il differenziamento e la migrazione cellulare, mentre in sua assenza, innescano il processo apoptotico. Infatti, in assenza del ligando GDNF e dei fattori di crescita correlati, RET viene tagliato producendo un frammento intracellulare pro-apoptotico. I meccanismi che inducono la morte cellulare in presenza del frammento di RET sono poco noti. Intendiamo pertanto, analizzare l'effetto di tale frammento sulla funzione energetica mitocondriale. Inoltre, valuteremo se RET trasloca sui mitocondri e se interagisce con proteine della membrana esterna. In particolare, in collaborazione con l'Unità 2, si determinerà la sua interazione con VDAC-2 e il suo coinvolgimento nel processo di morte. Dato che il frammento pro-apoptotico di RET si lega ad AIP, che a sua volta interagisce con Tom20, un'altra proteina della membrana esterna, si indagherà il ruolo funzionale di questa interazione sul processo apoptotico. Infine, è stato riportato che il taglio di RET è accompagnato da un aumento dei livelli proteici di p53. Analizzeremo se l'aumento di questa proteina è associato alla sua traslocazione sui mitocondri e ad un suo coinvolgimento nella morte cellulare.

Role of mitochondria in the regulation of apoptosis and autophagy: molecular mechanisms and effects of pathogenic mutations”.

PORCELLI, ANNA MARIA;
2008

Abstract

L'apoptosi è un meccanismo di morte cellulare che può esplicarsi mediante vie diverse che convergono a livello dei mitocondri. Alterazioni delle vie apoptotiche sono associate a numerose malattie tra cui il cancro. La crescita tumorale è un processo molto complesso che coinvolge alterazioni nelle vie di segnalazione che inducono l'attivazione della proliferazione e/o l'inibizione della morte cellulare. Questo progetto si propone di studiare la regolazione dell'apoptosi in modelli cellulari di due differenti tumori, gli oncocitomi della tiroide, caratterizzati da iperplasia mitocondriale, e tumori midollari della tiroide, causati da alterazioni funzionali del proto-oncogene RET. Recentemente, il nostro gruppo di ricerca ha riportato una significativa frequenza di mutazioni "disruptive" nei geni mitocondriali che codificano alcune subunità del complesso I nei tumori oncocitici. Negli stessi tumori, abbiamo identificato anche mutazioni nei geni nucleari che codificano altre subunità dello stesso complesso respiratorio, che potrebbe quindi rappresentare un "hotspot" di potenziali mutazioni patogene. Tuttavia, non è ancora stato chiarito se e come queste mutazioni contribuiscano allo sviluppo del tumore. Il primo scopo di questo progetto è dimostrare che la mancanza del complesso I promuove la tumorigenesi e che la crescita tumorale è associata all'inibizione dell'apoptosi, come suggerito da nostri esperimenti preliminari. Inoltre, intendiamo analizzare quali meccanismi molecolari sono coinvolti nella resistenza all'apoptosi. A questo proposito, è possibile che il difetto nel complesso I attivi la biogenesi mitocondriale come risposta al deficit energetico, favorendo la proliferazione cellulare. Per verificare questa ipotesi analizzeremo il coinvolgimento di vari regolatori della biogenesi mitocondriale, focalizzando la nostra attenzione su PGC1-a. Come ipotesi alternativa, è possibile che la disfunzione energetica mitocondriale causi una riduzione del contenuto intracellulare di calcio, che è stata associata con la resistenza all'apoptosi. L'omeostasi del calcio intracellulare sarà studiata in collaborazione con l'Unità 1, utilizzando proteine ricombinanti indirizzate ai diversi depositi di calcio intracellulari. Le disfunzioni mitocondriali potrebbero anche indurre l'attivazione del processo autofagico, che è noto essere utilizzato dalle cellule tumorali per la sopravvivenza. Si valuterà pertanto il coinvolgimento di tale processo. L'altro tumore di cui ci occupiamo è quello midollare della tiroide, caratterizzato da mutazioni nel proto-oncogene RET, un recettore tirosin-chinasico che appartiene alla famiglia dei "dependence receptors". Tali recettori possono generare segnali intracellulari opposti. In presenza del ligando, attivano la sopravvivenza, il differenziamento e la migrazione cellulare, mentre in sua assenza, innescano il processo apoptotico. Infatti, in assenza del ligando GDNF e dei fattori di crescita correlati, RET viene tagliato producendo un frammento intracellulare pro-apoptotico. I meccanismi che inducono la morte cellulare in presenza del frammento di RET sono poco noti. Intendiamo pertanto, analizzare l'effetto di tale frammento sulla funzione energetica mitocondriale. Inoltre, valuteremo se RET trasloca sui mitocondri e se interagisce con proteine della membrana esterna. In particolare, in collaborazione con l'Unità 2, si determinerà la sua interazione con VDAC-2 e il suo coinvolgimento nel processo di morte. Dato che il frammento pro-apoptotico di RET si lega ad AIP, che a sua volta interagisce con Tom20, un'altra proteina della membrana esterna, si indagherà il ruolo funzionale di questa interazione sul processo apoptotico. Infine, è stato riportato che il taglio di RET è accompagnato da un aumento dei livelli proteici di p53. Analizzeremo se l'aumento di questa proteina è associato alla sua traslocazione sui mitocondri e ad un suo coinvolgimento nella morte cellulare.
2010
Anna Maria Porcelli; Paolo Pinton; Vito Nicola De Pinto; Marisa Brini
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