Modulare la risposta cellulare come terapia anticancro

“La proteomica funzionale è un approccio diverso per guardare ai componenti biologici nel loro insieme, per scoprire nuovi comportamenti di cellule e sistemi viventi. È un campo molto all’avanguardia perché unisce tecnologia e biologia: credo sia il futuro della ricerca biomedica”.

Grazie alla bioinformatica è possibile analizzare i dati ottenuti dalla proteomica e visualizzarli in mappe di connessioni molecololari: ogni cerchio corrisponde a una proteina.

RICERCANDO ALL’ESTERO – Il proteoma è un sistema dinamico in cui ogni proteina è connessa alle altre e insieme contribuiscono al comportamento di una cellula. Fino a poco tempo fa, lo studio del proteoma si è concentrato sull’analisi di singoli parametri, come l’abbondanza di una molecola, le sue modificazioni, la sua localizzazione. I più recenti approcci di spettrometria di massa mirano invece ad analizzare questo sistema dinamico in tutte le sue interconnessioni, cambiamenti e proprietà.

A che cosa sono dovuti i cambiamenti nel proteoma di una cellula o un tessuto?
In seguito a qualsiasi perturbazione dell’ambiente esterno, come la presenza di un fattore di crescita, una tossina ambientale o un farmaco, l’insieme delle proteine cambia nel tempo, anche piuttosto velocemente se lo paragoniamo al DNA. I cambiamenti di cui parliamo non riguardano solo le modificazioni chimiche individuali o l’acquisizione/perdita di alcune proprietà, ma anche i rapporti con altre molecole.

La mia ricerca si concentra sullo studio di subnetwork di proteine per vedere come le interazioni tra queste molecole si modificano in risposta a stimoli esterni: l’idea finale è riuscire ad associare gruppi di proteine a specifiche risposte cellulari, come variazioni nella proliferazione, trasformazioni in tipi cellulari diversi, migrazione.
Questi concetti sono abbastanza noti, il punto è studiare il proteoma nel tempo per riuscire a regolare la risposta cellulare e magari intervenire in caso di patologie.
Per esempio, se confrontando una cellula tumorale con una cellula sana si vedono differenze sostanziali e riproducibili, tramite tecniche di ingegneria genetica o nanomedicina si potrebbe cercare di modificare il proteoma della cellula tumorale e magari ripensarlo: così facendo si potrebbe evitare che la cellula metastatizzi e migri verso altri tessuti del corpo e spingerla invece a ritornare alla sua funzione normale.

In che cosa consiste la risposta di una cellula agli stimoli ambientali?
Uno dei modi in cui una cellula può rispondere alle perturbazioni esterne è l’attivazione dei recettori di membrana, cioè proteine presenti sulla superficie cellulare che possono dare origine a una cascata di eventi come il cambiamento del proteoma.
I recettori che studio nel mio laboratorio si chiamano RTK (Receptor Tyrosin Kinase), tra i quali c’è una famiglia non tanto studiata chiamata FGFR (Fibroblast Growth Factor Receptor).

Ci sono sette diversi tipi di FGFR e più di 20 fattori solubili esterni in grado di attivarli. Nonostante sia un sistema molto complesso, caratterizzato da diversi accoppiamenti ligando-recettore e quindi diverse possibilità di risposta della cellula, FGFR è un modello ideale per cercare di rispondere alle domande più generiche sulla dinamica del proteoma.

Che tipo di risposta cellulare viene innescata da FGFR?
Nel mio lavoro mi occupo in particolare di cambiamenti nella proliferazione e nel movimento, e del bilanciamento tra i due processi. La domanda biologica da cui siamo partiti è capire come perturbazioni esterne a livello di membrana vengono sentite dalle cellule per decidere quale risposta cellulare dare. E questo si può capire grazie alla proteomica dalle proteine espresse in seguito all’attivazione del recettore.
Tra i sette membri della famiglia di FGFR, mi sono focalizzata su FGFR2b (dove la b indica il fatto che è espresso dalle cellule epiteliali ma non dai fibroblasti) e su due ligandi in particolare, FGF-7 e FGF-10.
Entrambi questi fattori di crescita legano FGFR2b nella stessa posizione del dominio extracellulare e con affinità simili, ma sembrano avere effetti diversi in vitro e in vivo.

Dopo l’interazione con il ligando, nel giro di 8-60 secondi i recettori vengono inglobati all’interno della cellula in organelli specifici chiamati vescicole. Le vescicole non solo sequestrano la coppia recettore-ligando, ma servono anche da piattaforme per l’attivazione di altri network di proteine. Non è ancora chiaro, però, se questo secondo gruppo sia lo stesso che viene innescato dall’interazione ligando-recettore a livello della membrana o se questa seconda risposta possa essere modulata dall’esterno.
Infine, il recettore viene degradato e la cellula torna in uno stato di quiescenza. Esistono un sacco di situazioni patologiche in cui questa degradazione non funziona più bene e il recettore rimane sulla superficie delle cellule pronto ad attivare nuovamente gli stessi network di proteine: le risposte cellulari risultano completamente deregolate e qui la proteomica potrebbe essere utile nel mettere a punto una terapia anticancro.

Come rispondono le cellule a FGF-7 e FGF-10?
Abbiamo visto che il legame con FGF-10 attiva un subnetwork di proteine il quale a sua volta reindirizza le vescicole sulla superficie cellulare, con il risultato che FGFR2b sfugge alla degradazione. In presenza di FGF-7, invece, non si attivano le stesse proteine e il recettore segue la via normale, finendo per essere degradato.
La conseguenza finale di questi due processi è che nel primo caso (FGF-10) le cellule vengono stimolate alla migrazione, nel secondo caso (FGF-7) alla proliferazione.

Per studiare la migrazione abbiamo usato tecniche di imaging (di microscopia e live imaging) e degli speciali apparecchi chiamati boyden chamber. Si tratta di un sistema con due compartimenti: in quello sotto si mette un chemoattrattore e in quello sopra le cellule con FGF-7 o FGF-10. Dopo circa 24 h si contano le cellule passate nella camera inferiore, il cui numero sarà proporzionale alla capacità di migrare (e al tipo di ligando).

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?
La mia idea è trasformare tutte queste conoscenze in qualcosa di più concreto, in particolare nel caso del tumore al seno.
Se conoscessimo il proteoma di una cellula tumorale che sta metastatizzando da qualche parte, una volta stabilito che le proteine presenti sono diverse dalla condizione normale, potremmo trovare un farmaco che sia specifico non tanto per un’unica proteina come si fa adesso ma piuttosto per un insieme di proteine. E si potrebbe evitare la metastatizzazione della cellula.
Chiaramente questo è un sogno… ma non così lontano.

Nome: Chiara Francavilla
Età: 37 anni
Nata a: Milano
Vivo a: Manchester (Regno Unito)
Dottorato in: medicina molecolare (IFOM campus)
Ricerca: Proteomica funzionale per capire come modulare la risposta cellulare
Istituto: Division of Molecular & Cellular Function, School of Biological Sciences, FBM (Manchester, UK)
Interessi: creare gioielli, giocare a pallavolo, cucinare.
Di Manchester mi piace: le persone sono molto amichevoli, la campagna circostante.
Di Manchester non mi piace: il traffico, la pioggia.
Pensiero: Success is not the key to happiness. Happiness is the key to success. If you love what you are doing, you will be successful. (Albert Schweitzer)

Leggi anche: Epigenetica e proteomica: nuove prospettive nella ricerca sul cancro

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