Obiettivi
Le ricerche condotte nel nostro laboratorio sono finalizzate allo studio degli eventi molecolari coinvolti nella regolazione della proliferazione, dell'autofagia e della morte cellulare da parte dei pathway attivati da segnali extracellulari nei carcinomi del colon-retto. I progetti in corso si basano sulle nostre recenti scoperte che hanno evidenziato come l'inibizione genetica o farmacologica della chinasi p38α nei carcinomi del colon-retto provochi il blocco della proliferazione, l'autofagia e la morte cellulare.
I nostri studi consentiranno di far luce sul ruolo di p38 e di altre cascate di trasduzione del segnale nella regolazione dell'espressione di geni implicati nell'autofagia e permetteranno di individuare le interconnessioni tra autofagia e morte cellulare nel carcinoma del colon retto. Questo progetto di ricerca sarà poi ampliato per esaminare il ruolo di p38α nell'omeostasi di altri tumori umani. L'obiettivo finale di questi studi consiste nell'identificazione di nuovi target che consentano di mettere a punto interventi selettivi finalizzati a promuovere la morte delle cellule tumorali e/o sensibilizzare i tumori agli agenti chemioterapici.
Spesso, il cancro si sviluppa in conseguenza della perdita di regolazione dei pathway molecolari che controllano la proliferazione cellulare. L'integrità della rete di segnalazione che garantisce il corretto passaggio dalla proliferazione al differenziamento e che protegge la stabilità del genoma durante il ciclo cellulare rappresenta una barriera fondamentale contro la trasformazione cellulare; tuttavia, esistono anche altri meccanismi di protezione, quali la senescenza, la morte cellulare e l'autofagia. Pertanto, una dissezione sistematica dei pathway di segnalazione che controllano questi eventi nelle cellule tumorali offre la possibilità di ampliare le conoscenze sulla biologia dei tumori e di creare i fondamenti logici per sviluppare nuove strategie per la gestione del cancro. Recentemente, numerosi studi hanno evidenziato che l'autofagia rappresenta un processo di fondamentale importanza, messo in atto dalle cellule normali e tumorali in risposta a una grande varietà di stimoli esterni. Tuttavia, l'interconnessione tra autofagia, morte/sopravvivenza cellulare e reazione agli agenti chemioterapici rimane controversa, in quanto, a seconda del tipo cellulare, gli studi eseguiti descrivono l'autofagia come un meccanismo di protezione o di promozione della morte cellulare. L'individuazione dei pathway che regolano l'autofagia e la conoscenza dei meccanismi che controllano l'espressione dei geni coinvolti nell'autofagia nelle cellule normali e in quelle neoplastiche potrebbe aprire la strada a nuove strategie terapeutiche in grado di indurre la morte delle cellule cancerose, in maniera diretta o in risposta a trattamenti antitumorali.
Nel corso di ricerche preliminari, abbiamo rilevato un'induzione anomala dell'attività di p38α in un numero elevato di linee cellulari di carcinoma del colon-retto (CRC). L'inibizione farmacologica del pathway di p38α tramite gli inibitori SB202190 e SB203580 (SB) o mediante ablazione genetica della chinasi p38α provoca, in queste cellule, il blocco del ciclo cellulare, seguito da autofagia e morte cellulare. Da notare che nelle CRC il blocco della chinasi PI3K di classe III mediante 3-metiladenina (3MA) inibisce la formazione di vescicole autofagiche (dovuta all'azione di SB) e induce il passaggio dalla morte cellulare non apoptica a quella apoptica. Questi dati non solo hanno messo in evidenza l'esistenza di un legame inatteso tra p38α, i pathway autofagici dipendenti dalla chinasi PI3K di classe III e l'apoptosi nelle CRC, ma ci hanno permesso anche di creare un modello sperimentale in grado di chiarire i meccanismi che collegano autofagia e apoptosi. Nel complesso, i risultati ottenuti suggeriscono che sia possibile sfruttare la manipolazione farmacologica del pathway di p38α nel trattamento del carcinoma del colon-retto. Considerato il notevole numero di farmaci diretti contro il pathway di p38, alcuni dei quali già disponibili, altri in fase di sviluppo, riteniamo che lo studio e la comprensione dei meccanismi molecolari che legano p38 e l'autofagia possano avere un impatto positivo sull'effettiva applicabilità di questi farmaci in campo clinico.
Programma di ricerca
I nostri dati preliminari suggeriscono che l'inibizione dei geni autofagici dipendente da p38α contribuisce alla sopravvivenza delle CRC. Pertanto, ci proponiamo di studiare il meccanismo attraverso il quale questa chinasi regola l'espressione di tali geni, con l'obiettivo di identificare meccanismi specifici di segnalazione a livello cromatinico che possano essere utilizzati come bersaglio di nuove strategie antitumorali.
- Identificazione di geni bersaglio coinvolti nel processo di induzione dell'autofagia e della morte cellulare dipendente da p38α nelle CRC.
- Caratterizzazione del meccanismo molecolare implicato nella regolazione dell'espressione genica dipendente da p38α nelle CRC.
- Importanza relativa dei singoli geni regolati da p38α nei processi di autofagia e di morte cellulare.
- Identificazione di altri pathway coinvolti nella regolazione dell'autofagia, della sopravvivenza e della morte cellulare.
- Studio dell'effetto dell'inibizione di p38α sullo sviluppo del carcinoma del colon-retto in vivo.
Risultati attesi
Studi recenti indicano che durante la trasformazione neoplastica la regolazione di molto mediatori intracellulari dell'autofagia risulta compromessa, con una conseguente riduzione dell'attività autofagica. L'importanza dell'autofagia nelle cellule tumorali è evidenziata anche dall'osservazione che la risposta di alcuni tipi di cellule cancerose alla chemioterapia e alla radioterapia è mediata dall'attivazione del processo autofagico, aspetto che avvalora la possibile utilità dell'induzione della morte cellulare autofagica nelle terapie antitumorali. La scoperta che SB induce selettivamente la morte cellulare autofagica nelle CRC indica che in questo tipo di tumore il pathway di p38α inibisce l'espressione dei geni coinvolti nell'autofagia e potrebbe quindi rappresentare un bersaglio valido per la messa a punto di interventi per il trattamento del carcinoma del colon-retto. La manipolazione farmacologica di p38 si sta affermando come possibile strumento terapeutico per una serie di patologie umane: negli ultimi tre anni numerosi inibitori di p38 sono entrati in fase di sperimentazione clinica per il trattamento di malattie infiammatorie e recentemente è stata sviluppata una nuova strategia per la somministrazione di SB a livello locale per il trattamento della fibrosi renale. In quest'ottica, i nostri studi potrebbero acquisire un interesse ancora più ampio.
I nostri progetti di ricerca si avvalgono delle seguenti collaborazioni:
- Gruppo del Dr. Antonio Moschetta, anch'esso afferente al Dipartimento di Farmacologia Traslazionale, Consorzio Mario Negri Sud
- Gruppo del Dr. Pier Lorenzo Puri presso il The Burnham Institute, La Jolla, CA, USA e il Dulbecco Telethon Institute, EBRI/Santa Lucia, Roma, Italia
- Gruppo della Dott.ssa Ginevra Guanti presso la Divisione di Genetica Medica, Università di Bari, Bari, Italia
- Gruppo del Dr. Vittorio Sartorelli presso il NIAMS, NIH, Bethesda, MD, USA
