Istituto di biologia e patologia molecolari (IBPM)

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  • Istituto di biologia e patologia molecolari (IBPM) (literal)
  • Institute of molecular biology and pathology (IBPM) (literal)
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  • The IBPM was funded to pioneer new types of cross-disciplinary biological research fields by bringing different basic sciences, such as the biology, the biochemistry, the genetic and the immunology. The Institute pursues the study of biological phenomena with multidisciplinary approaches and translational objectives. In recent years, new scenarios have opened for \"Modern Biology\" allowing to face major challenges in knowledge with broad and deep impact not only within Human Health, but also in the areas of Food, Environment, Energy and Nanotechnology. Researchers working in the Institute are aware that knowledge of the basic mechanisms of life is not only a value in itself, but that it is also endowed with several applications in biotechnology and biomedicine. We are guided by the principle that, in order to progress and be competitive, it is essential to implement and enhance basic research, which is the foundation for applied research and technological innovation. The Institute develops translational science by the collaboration between the basic scientists and clinicians from a broad range of disciplines. All the skills are focused to improve the scientific knowledge in oncology, immunology and neurodegenerative diseases. Since every pathologies is linked to alterations of basic processes, their understanding, at the molecular level, will greatly facilitate the approach to the study of human diseases. The IBPM Institute acts as a catalyst for innovative research projects, integrating its research lines with high-throughput technologies and approaches of \"data mining\". The goal is to create the conditions for a high-impact research, within “omics” and translational bioinformatics for the analysis of biological complex systems. The main research lines of the IBPM Institute are summarize by the following few words: Molecular and epigenetic mechanisms involved in cell cycle control, proliferation, cell death, differentiation, development and transformation, studied in plant and animal models. Structural and bioinformatics studies of proteins and nucleic acids to characterize functional networks for the identification of molecular targets and the synthesis of innovative drugs. IBPM has been pioneer in the study of the regulation of gene expression in response to stressors, metabolic disorders, viral infections, growth factors, and activation of specific transcription factors, in chronic human diseases (i.e. neurodegenerative diseases, metabolic disorders etc.) and tumors. Noteworthy are the studies on the role of the GTPase RAN and its regulators in mitotic division; analysis of the structure and function of centrioles and centrosomes; genetic and molecular dissection of the mechanisms of spindle formation; the study of new molecules of anti-mitotic potential use in cancer therapy; genetic and molecular analysis of mechanisms of telomere protection. Strengths have the knowledge developed on the transcription factors and on microRNAs and long non-coding RNA, involved in cell transformation, differentiation and maintenance of homeostasis of synapses of the central nervous system. Of special mention are the studies on a peptide inhibitor of Myc (Omomyc), with therapeutic efficacy in preclinical models of different types of cancer. An outstanding research was conducted using AAV vectors, carrying an “ad hoc” generated artificial zinc finger based transcription factors (ZF-ATFs), to up-regulate/reactivate ZF-ATFs family genes (mdx or Lama1), involved in Duchenne disease and merosin-deficient congenital muscular dystrophy (MDC1A). The research activity of IBPM Institute addressed its efforts, at the same time and with excellent results, on the characterization of the structure (even in its dynamic aspects) and function of proteins, expecially those of biomedical relevance, for a better understanding of fundamental biological processes involved in cell bioenergetics and redox homeostasis, regulated by, or able to metabolize O2, nitric oxide (NO), related reactive species (RONS), hydrogen sulfide (H2S), and calcium mediated signal transduction. Besides proteins are studied antimicrobial peptides in the immune response. Thanks to boost of genomics, IBPM researchers are able to manipulate specific genes, thus changing the structure of the proteins encoded, in order to study their functional properties, so becoming able to design new molecules useful for a clinical target therapy. Thus, the ultimate goal of IBPM research is to identify novel molecular targets or bioactive compounds with therapeutic potential. Recently, we acquired a new group of chemical researchers, which works in close connection with all the above reported groups and are dedicated in the design and synthesis of new molecules for therapeutic applications. With their collaboration we developed an innovative nano-transporter to deliver drugs and biomolecules with kinetic scheduled at specific sites. Here, the three institutional internal projects proposed for the next two years: 1. Innovative treatments for untreatable tumors (P.I. Dr. Barbara Illi); 2. The role of the protein GOLPH3 in cytokinesis (P.I. Dr. MG Giansanti); 3. Development of magnetic nanoparticles with anticancer effects (P.I. Dr. Pierpaolo Ceci). Finally, the Institute of Molecular Biology and Pathology of CNR (IBPM-CNR) is aware that the communication is essential, as well as faces with the need to highlight to National and International Institutions possible points of convergence and synergy, in order to create new opportunities for the development of innovative and competitive Projects at the European level (Horizon2020). (literal)
  • L'IBPM si è focalizzato nello sperimentare nuovi di campi interdisciplinari di ricerca biologica, sfruttando le proprie competenze in diverse scienze di base, come: la biologia, la biochimica, la genetica e l'immunologia. L'Istituto persegue lo studio di fenomeni biologici con approcci multidisciplinari e gli obiettivi traslazionali. Negli ultimi anni, con \"Biologia moderna\" si sono aperti nuovi scenari, che hanno permesso di affrontare sfide importanti con ampio e profondo impatto non solo sulla salute umana, ma anche su discipline scientifiche dedicate allo studio dell'agroalimentare e dell' ambiente, così come sullo sviluppo delle nuove nanotecnologie. I ricercatori che lavorano presso l'Istituto sono consapevoli che la conoscenza dei meccanismi di base della vita non è solo un valore in sé, ma è anche alla base di numerose applicazioni nel campo della biotecnologia e della biomedicina. Siamo guidati dal principio che, per progredire ed essere competitivi, è essenziale attuare e rafforzare la ricerca di base, che è il fondamento per la ricerca applicata e l'innovazione tecnologica. L'Istituto riesce a sviluppare scienza traslazionale soprattutto per la collaborazione virtuosa tra gli scienziato di base e i clinici, riuscendo così ad avere competenze su una vasta gamma di discipline. I principali campi di ricerca dell'Istituto sono i seguenti: studio del ciclo cellulare di controllo fasi, lo studio del ruolo biologico degli RNA non codificanti in modelli cellulari, animali e vegetali, studio della struttura e della funzione delle proteine. Tutte le competenze scientifiche riportate sono concentrate nel migliorare la conoscenza scientifica in oncologia, in immunologia e nelle malattie neurodegenerative. Poiché ogni patologia è a sua volta legata ad alterazioni dei processi di base, la loro comprensione, a livello molecolare, agevolerà notevolmente l'approccio allo studio di malattie umane. Per le sue caratteristiche l'Istituto IBPM funge da catalizzatore per progetti di ricerca innovativi, integrando le sue linee di ricerca con le tecnologie e gli approcci di \"data mining\" high-throughput. L'obiettivo è quello di creare le condizioni per una ricerca ad alto impatto, all'interno di \"omiche\" e bioinformatica traslazionale per l'analisi di sistemi biologici complessi. Le principali linee di ricerca dell'Istituto IBPM sono riassunte nelle parole qui di seguito:studio dei meccanismi molecolari ed epigenetici coinvolti nel controllo del ciclo cellulare, della proliferazione, della morte cellulare programmata, della differenziazione cellulare, dello sviluppo e della trasformazione, studiati in modelli animali e vegetali. Studi strutturali e bioinformatica di proteine ffffe acidi nucleici per caratterizzare reti funzionali per l'identificazione di bersagli molecolari e la sintesi di farmaci innovativi. L'IBPM è stato pioniere nello studio della regolazione dell'espressione genica in risposta a fattori di stress, disturbi metabolici, infezioni virali, fattori di crescita, e l'attivazione di specifici fattori di trascrizione, nelle malattie croniche umane (cioè le malattie neurodegenerative, disturbi metabolici, ecc) e nei tumori . Di notevole importanza sono gli studi sul ruolo della RAN GTPasi e dei suoi regolatori nella divisione mitotica; analisi della struttura e della funzione di centrioli e centrosomi; dissezione genetica molecolare e dei meccanismi di formazione del fuso; lo studio di nuove molecole di potenziale utilizzo anti-mitotico nella terapia del cancro; analisi genetica e molecolare di meccanismi di protezione dei telomeri. Qui di seguito altri punti di forza dell'Istituto: la profonda conoscenza dei fattori di trascrizione e dei microRNA e dell'RNA lungo non codificante, molecole coinvolte sia nella trasformazione che nel differenziamento cellulare, così come nel mantenere l'omeostasi delle sinapsi del sistema nervoso centrale. Di speciale menzione sono gli studi sul un peptide inibitore di Myc (Omomyc), con efficacia terapeutica in modelli preclinici di diversi tipi di cancro. Una ricerca attualmente di interesse industriale è stata condotta utilizzando vettori AAV, portando un anello di zinco artificiale capace di riattivare i geni ZF-ATF familiari (mdx o Lama1), coinvolti nella malattia di Duchenne e Distrofia merosina con deficit congenito muscolare (MDC1A). Allo stesso tempo l'attività di ricerca dell'IBPM si è focalizzata sulla caratterizzazione della struttura (anche nei suoi aspetti dinamici) e la funzione delle proteine, specialmente quelli di interesse biomedico, per una migliore comprensione dei processi di bioenergetica cellulari, regolati da, o in grado di metabolizzare O2, l'ossido nitrico (NO), e relative specie reattive (RONs), solfuro di idrogeno (H2S), e calcio mediati trasduzione del segnale. Oltre alle proteine ffffsono studiati peptidi antimicrobici nella risposta immunitaria. Grazie alla spinta della genomica, i ricercatori dell'IBPM sono attualmente in grado di manipolare geni specifici, cambiando così la struttura delle proteine ffffcodificate, al fine di studiare le proprietà funzionali, divenendo così in grado di progettare e ottenere nuove molecole utili per una terapia clinica di destinazione. Quindi, l'obiettivo ultimo della ricerca svolta nell'IBPM è quello di identificare nuovi target molecolari o composti bioattivi con potenziale terapeutico. Recentemente, abbiamo acquisito un nuovo gruppo di ricercatori chimici, che opera in stretto collegamento con tutti i gruppi sopra riportati alla progettazione e la sintesi di nuove molecole per applicazioni terapeutiche. Con la loro collaborazione abbiamo sviluppato un innovativo nano-trasportatore, che utilizza come vettore la ferritina, per fornire farmaci e biomolecole con cinetica programmata, in siti specifici. Qui di seguito, i tre progetti interni istituzionali, proposti per i prossimi due anni: 1. Trattamenti innovativi per tumori incurabili (PI Dr. Barbara Illi); 2. Il ruolo della proteina GOLPH3 a citochinesi (PI Dr. MG Giansanti); 3. Sviluppo di nanoparticelle magnetiche con effetti antitumorali (PI Dr. Pierpaolo Ceci). Infine, va ribadito che si è consapevoli del fatto che sia necessaria una comunicazione scientifica virtuosa, sia a livello nazionale che i internazionale, per mettere in luce punti di convergenza e sinergia fra i diversi Enti di ricerca, al fine di creare nuove opportunità per lo sviluppo di progetti innovativi e competitivi a livello europeo (Orizzonte 2020). (literal)
Istituto esecutore di
Prodotto
Ha afferente
Codice
  • IBPM (literal)
Nome
  • Istituto di biologia e patologia molecolari (IBPM) (literal)
  • Institute of molecular biology and pathology (IBPM) (literal)
Parte di
Afferisce a
Collaborazioni
  • Le collaborazioni con Istituzioni italiane e straniere sono molteplici: - Università di Roma Sapienza, Dipartimenti di: Biologia e Biotecnologie \"C. Darwin\", Scienze Biochimiche \"A. Rossi Fanelli\", Biologia Ambientale, Biotecnologie Cellulari ed Ematologia, Medicina Molecolare, Medicina Sperimentale, Urologia, Chimica e Tecnologie del Farmaco, Centro di Eccellenza BEMM, Istituto Pasteur-Fondazione Cenci Bolognetti - Università di Roma \"Tor Vergata\", Dipartimento di Biologia, Facoltà di Medicina e Chirurgia - Università degli Studi dell'Aquila, Dipartimenti di Medicina Sperimentale e di Biologia Pura ed Applicata - Università di Bologna - Università di Padova - Università di Siena - Università di Sassari - Università di Milano, Dipartimento di Biologia - Università di Torino - Università di Pavia - Università di Parma, Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare - Istituto di Genetica e Biofisica \"Adriano Buzzati Traverso\", CNR, Napoli - Istituto di Biologia Cellulare e Neurobiologia, CNR, Roma - Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione, Roma - Istituto Superiore di Sanità: Laboratorio di Farmacologia, Servizio Qualità e Sicurezza della Sperimentazione Animale, Dipartimento Malattie Infettive, Parassitarie e Immunomediate - Istituto Regina Elena, Dipartimento per lo Sviluppo di programmi terapeutici, Roma - Istituti Fisioterapici Ospitalieri (IFO), Roma - Fondazione Parco Bio-medico San Raffaele, Roma - EBRI, Roma - ENEA CR, Sezione di Genetica e Genomica Vegetale, Casaccia - Ospedale Bambino Gesù, Roma - Istituto Dermopatico dell'Immacolata, Roma - Fondazione Andrea Cesalpino, Roma - Istituto San Raffaele, Milano - Istituto Europeo di Oncologia, Milano - Istituto Oncologico, Bari - Istituto Ortopedico Galeazzi, Milano - Divisione di Neurologia ASL 21, Legnago (Verona) - EMBL, Monterotondo - University of Bristol, UK - University of Oxford, Dept. of Human Anatomy and Genetics, UK - University of Glasgow, UK - University of Cambridge, UK - University of Edinburgh, UK - University of Leeds, UK - Medical Research Council, Cambridge, UK - University of Ulm, D - University of Karslruhe, D - Hannover Medical School, Pediatrics and Experimental Hematology and Oncology, D - DFG, D - University of Uppsala, S - Umea University, S - University of Lisbon, Portogallo - University of Nijmegen, Paesi Bassi - University of Limerick, Irlanda - CNRS, F - CNRS, Cachan, F - INRA, Nancy, F - International Agency for Research on Cancer (IARC), Lyon, F - Centro de Investigaciones Biologicas, CSIC, Madrid, E - The Weizmann Institute of Sciences, Department of Biological Chemistry, Rehovot (Israele) - Technion, Haifa, Israele - University of Moscow State, Russia - Accademia delle Scienze, S. Pietroburgo, Russia - Cornell University, Ithaca (NY), USA - Rockefeller University, New York, USA - Stanford University, Stanford (CA), USA - University of North Carolina, Chapel Hill, USA - University of California at San Francisco, Cancer Center, USA - University of New Hampshire, Dept. of Chemistry, Durham, USA - University of Kentuchy, USA - National Institutes of Health, Bethesda, USA - USDA-Agricultural Research Service, Gainesville, FL, USA - Georgia Tech Institute of Technology, USA (literal)
Attività di formazione
  • Il personale dell'IBPM svolge un'intensa attività di docenza in diversi Corsi delle Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali e di Medicina e Chirurgia della Sapienza Università di Roma. Tale attività è senz'altro favorita dagli intensi rapporti di collaborazione instauratisi negli anni fra la Sapienza ed i Centri di Studio CNR che vi hanno sempre avuto sede. Il personale dell'IBPM svolge anche attività di formazione sia a livello pre-laurea che post-laurea nella Sapienza Università di Roma: - Preparazione di Tesi di Laurea di studenti delle Facoltà di Scienze MFN e di Medicina e Chirurgia della Sapienza Università di Roma. - Preparazione di Tesi nei Dottorati di: Biochimica, Genetica e Biologia Molecolare, Scienze Pasteuriane, Medicina Sperimentale, Scienze Immunologiche della Sapienza Università di Roma e nel Dottorato di Biologia dell'Università di Roma 3. - Addestramento post-laurea con borse di studio finanziate da Telethon, AIRC. - Collegio dei Docenti nei Dottorati di: Biochimica (D. Verzili), Genetica e Biologia Molecolare (P. Lavia, S. Nasi). (literal)
Http://www.cnr.it/ontology/cnr/localizzazione.owl#via
  • Via Palestro 32 (literal)
Cap
  • 00185 (literal)
Città
  • Roma (literal)
Http://www.cnr.it/ontology/cnr/localizzazione.owl#provincia
  • RM (literal)
Telefono
  • +39 06-49933874 (literal)
Codice CDS
  • 013 (literal)
Servizi
  • Microscopia piattaforma riferimento della Nikon per il Centro/Sud - Responsabili: Dr. Patrizia Lavia, Dr. Giulia Guarguaglini e Dr. Italia Anna Asteriti email:www.ibpm.cnr.it Spettrometria di massa, microsequenziamento, identificazione di modifiche post-traduzionali - Responsabile: Cristallografia ai raggi X - Responsabili: Dr A. Ilari, email: andrea.ilari@uniroma1.it Dr. C. Savino, email: linda.savino@uniroma1.it Misure di cinetica rapida (stopped-flow) - Responsabili: Dr A. Giuffrè, email: alessandro.giuffre@uniroma1.it; S. Gianni, email: stefano.gianni@uniroma1.it FACS Responsabile: Dr. M. Fiore, email: mario.fiore@uniroma1,it Referente WEB: Prof. Clara Balsano e-mail: clara.balsano@cnr.it (literal)
Competenze
  • Le competenze dell'IBPM si possono sintetizzare come segue: Analisi post-genomica mediante \"Genomic micro- and macro-arrays\", \"Chromatin immunoprecipitation\", \"Phage display\", \"Two-hybrid system\". Proteomica mediante spettrometria di massa, microsequenziamento, determinazione di modifiche post-traduzionali, determinazione della struttura quaternaria e della struttura cristallografica. Analisi del processo di raggiungimento della struttura nativa (detto di \"folding\") in peptidi e proteine. Cinetica enzimatica, analisi della formazione di intermedi mediante tecniche di mescolamento rapido. Analisi di interazioni proteina-proteina e proteina-acidi nucleici mediante ultracentrifugazione analitica e \"Surface Plasmon Resonance\". Analisi di acidi nucleici, cromatina e complessi nucleoproteici mediante microscopia elettronica (TEM) e con sonde a scansione (AFM). Analisi del metabolismo dell'RNA. Colture cellulari e tecniche di clonaggio genico, trasformazione e trasfezione. Tecniche di: microiniezione. Tecniche di \"RNA interference\" in Drosophila e in cellule di mammifero. Tecniche di immunocolorazione e fluorescenza indiretta e di analisi delle immagini. Tecniche di coimmunoprecipitazione. Microscopia confocale di proteine marcate con GFP. Analisi genetica formale di Drosophila melanogaster. Analisi citologica di preparati cromosomici di diversi organismi. Analisi in vivo ed in vitro di preparati di cellule meiotiche e mitotiche di vari organismi. Crescita, manipolazione ed analisi genetica del lievito e della Neurospora crassa. Coltivazione in laboratorio del tartufo T. borchii. Produzione di piante transgeniche. Sviluppo di nanoparticelle magnetiche con effetti antitumorali. (literal)
Email
  • clara.balsano@cnr.it (literal)
  • mailto:clara.balsano@cnr.it (literal)
Indirizzo
  • Via Palestro 32 - 00185 Roma (RM) (literal)
Direttore
Missione
  • La missione dell'Istituto IBPM è quello di indagare i meccanismi molecolari alla base dei processi biologici fondamentali (come la divisione, la proliferazione, il differenziamento e la morte cellulare lo sviluppo e la senescenza; la risposta allo stress), utilizzando approcci multidisciplinari che integrano la biochimica, biologia molecolare e cellulare, genetica, bioinformatica e la chimica. L'Istituto è inoltre impegnato nello sviluppo di applicazioni nel campo della biotecnologia e della biomedicina, con l'obiettivo finale di sviluppare nuove molecole per la terapia mirata. (literal)
Attività di ricerca
  • L'IBPM sviluppa una ricerca biologica interdisciplinare in quanto possiede diverse competenze integrate nelle materie di base come: la biologia, la biochimica, la genetica e l'immunologia. All'interno dell'Istituto si può quindi sviluppare lo studio di fenomeni biologici con approcci multidisciplinari ed obiettivi traslazionale. Si è guidati dal principio che, per progredire ed essere competitivi, è indispensabile migliorare la ricerca di base, che è a sua volta cruciale per lo sviluppo della ricerca applicata e dell'innovazione tecnologica. La conoscenza dei meccanismi di base della vita non è solo un valore in sé, ma permette anche numerose applicazioni nel campo della biotecnologia e della biomedicina. L'Istituto sviluppa scienza traslazionale per la stretta collaborazione che esiste tra i ricercatori di base e clinici. Qui di seguito, si riportano gli obiettivi dei tre progetti istituzionali. Si riporteranno poi di seguito i progetti sviluppati all'interno dell'Istituto, finanziati con fondi esterni. 1. Trattamenti innovativi per i tumori incurabili (P.I. Dr. Barbara Illi) Il glioblastoma ed il carcinoma epatocellulare sono caratterizzati dall'assenza di terapie efficaci. Nell'Istituto un gruppo di ricercatori sta sviluppando molecole innovative in grado di modulare la capacità ossidante degli ossisteroli, prodotti non enzimatiche di colesterolo, su proteine ffffcoinvolte nel controllo del metabolismo glucidico e lipidico. Queste molecole innovative possono rappresentare un nuovo e promettente approccio antitumorale. Lo studio proposto ha come risultati attesi l'identificazione di molecole che modulano lo stato ossidativo cellulare, per combattere la crescita, le metastasi, così come la angiogenesi tumorale. Il metabolismo del colesterolo e del glucosio caratterizzano molti tipi di cancro, causando infiammazione e stress ossidativo. Ossisteroli, come 7-chetocolesterolo; la 7alfa-idrossi-, 7beta-idrossi, 25-idrossi-27 e idrossicolesterolo, oltre ad essere metaboliti non enzimatici del colesterolo, sono affidabili biomarkers di stress ossidativo, e sono implicati in numerosi processi metabolici e processi ossidattivi della cellula. I recettori specifici di tali molecole sono i recettori LXRs, in grado di modulare il ciclo cellulare in una vasta gamma di linee cellulari tumorali. Oltre ad essere recettori e sensori della concentrazione del colesterolo plasmatico colesterolo LXRs sono anche coinvolti nella regolazione della proliferazione/apoptosi in diversi tipi di tumori, come quello della prostata, della mammella, del colon-retto, il glioblastoma, il carcinoma epatico ed i tumori ovarici. In particolare, il glioblastoma ed il carcinoma epatocellulare sono caratterizzati dall'assenza di terapie antitumorali efficaci. Nell'Istituto un gruppo di ricercatori stanno sviluppando molecole innovative in grado di modulare la capacità ossidante degli ossisteroli su proteine ffffcellulari coinvolte nel controllo del metabolismo glucidico e lipidico (LDL ossidate dal rame e/o dal ferro e/o ridotte e ossidate dal glutatione: GSSG / GSH). Queste molecole possono rappresentare un trattamento antitumorale terapeutico innovativo e promettente. Lo sviluppo di terapie innovative per il trattamento del cancro rimane una grande sfida per il mondo occidentale. Lo studio proposto ha come risultati attesi l'identificazione di molecole in grado di modulare lo stato ossidativo intracellulare, per combattere la crescita, le metastasi e la neo-angiogenesi tumorale. 2. Ruolo di GOLPH3 a citochinesi (PI Dr. MG Giansanti) Gli errori nel processo di citochinesi (fase finale della mitosi, in cui avviene la separazione delle due cellule figlie), generando cellule geneticamente instabili, sono stati implicati nella trasformazione neoplastica. Un gruppo dell'Istituto IBPM, ha dimostrato, recentemente, che la fosfoproteina oncoproteina Golgi 3 (GOLPH3) è necessaria per il processo di citochinesi, in differenti tipi di cellule di Drosophila melanogaster. GOLPH3 è stato trovato sovraespresso in molti tumori solidi, ed è anche associato ad una prognosi infausta e tumori più aggressivi. Lo studio e l'identificazione di nuove proteine ffffcoinvolte in questo processo è fondamentale, perché difetti di citochinesi causano instabilità genomica, che è alla base della trasformazione neoplastica. L'obiettivo è quello di caratterizzare, a livello molecolare e funzionale, il ruolo del oncoproteina GOLPH3 nella citochinesi e di identificare e analizzare i fattori che potrebbero cooperare a questo processo. Ci aspettiamo che questa ricerca possa contribuire a chiarire i meccanismi molecolari di azione del oncoproteina GOLPH3, durante la citochinesi. Inoltre, dato che le alterazioni nel processo di citochinesi sono state associate con il processo di tumorigenesi, lo studio della relazione della proteina GOLPH3 con la citocinesi ci aiuterà a identificare nuovi potenziali bersagli per lo sviluppo di strategie nella lotta contro il cancro. 3. Sviluppo di nanoparticelle magnetiche con effetti antitumorali (PI Dr. Pierpaolo Ceci) Il progetto nasce dalla necessità di sviluppare sistemi di trasporto (consegna) mirati ai tessuti/cellule bersaglio, si è interessati soprattutto alle cancerose. In altre parole: si sta cercando di veicolare alte dosi di diversi tipi di farmaco mirati al tumore. Si è nel mondo medico della precisione, come alcuni lo chiamano, di cui nanomedicina è un ramo importante. Abbiamo scelto di utilizzare come proteina carrier la ferritina umana per le seguenti ragioni: i) è una proteina fisiologica e priva di tossicità in vivo; ii) ha una struttura sferica, con una cavità nel centro, con una dimensione adatta a circolare liberamente nel corpo. iii) è in grado di incorporare diversi metalli e piccole molecole all'interno della sua cavità. Diverse varianti della ferritina umana saranno prodotti per migliorare la capacità di trasporto mirato di farmaci o molecole utili per la diagnostica delle diverse neoplasie. Questo studio fornirà informazioni utili per determinare se queste nanoparticelle basate sulla ferritina hanno sufficiente potenziale diagnostico e/o terapeutico, tanto da essere utilizzate in studi preclinici e clinici. Una prima fase del progetto prevede la costruzione di proteine ffffricombinanti. Una volta prodotta e caratterizzati da un punto di vista biofisico, verranno valutate le proprietà/funzioni dei nano-vettori biologici. Qui di seguito, verranno descritti i temi di ricerca in sviluppo per mezzo di finanziamenti esterni all'Istituto IBPM. A. genetica, epigenetica e controllo del ciclo cellulare I - studio del DNA visto come un oggetto e come macromolecola informativa con proprietà chimico-fisiche definite; II - modifica dell'auto-organizzazione dei genomi, la loro evoluzione e interazione con altri genomi; III - espressione dei genomi, compreso lo studio del prodotto primario della genomica (RNA), i suoi prodotti proteici, e processi di differenziazione in sistemi eucarioti di animali e piante, semplici e complessi. B. Variabilità genetica e insorgenza di malattie umane I - controllo del ciclo cellulare e della divisione cellulare; II - Struttura e funzione del cromosoma eucariotico; III - Fattori genetici che predispongono all'autismo ed alle malattie di Alzheimer; IV - Mutagenesi di base e applicata. C. Relazione tra struttura e funzione delle proteine ffffe peptidi I - Proteine: funzione ed evoluzione; II - Biologia strutturale; III - Biochimica cellulare. D. La regolazione della trascrizione e il sistema immunitario. I - geni sintetici e naturali coinvolti nella regolazione della trascrizione. II - azione di molecole di segnalazione nel controllo della proliferazione cellulare e apoptosi e evento analisi intracellulare della trasduzione del segnale; III - molecole del sistema immunitario; All'interno di ogni sezione si trovano i seguenti progetti di ricerca: I - Analisi degli aspetti strutturali e funzionali del DNA in relazione alla sua origine prebiotica, all'identificazione dei determinanti strutturali dell'architettura globale e locale del genoma e la loro rilevanza funzionale, analisi delle relazioni tra struttura, topologia ed espressione del DNA nelle cellule di modelli: animali e vegetali. L'intento è quello di acquisire conoscenze sulla struttura del DNA, essenziale per sé e per la sua intima comprensione dei meccanismi di interazione DNA-proteina. II - istone modificazioni post-traduzionali sulla struttura e la funzione del genoma; regolazione epigenetica della trasduzione del segnale nelle cellule, lievito e Neurospora crassa; elementi genetici nel processo di attuazione ed evoluzione. La comprensione dei fenomeni di mutagenesi, dei meccanismi di evoluzione genomica e di plasticità genomica, in senso lato, è essenziale per lo sviluppo, con metodi innovativi pianificati, dell'ingegneria genetica e della manipolazione mirata. III - Meccanismi di segnalazione e controllo trascrizionale dell'espressione genica (vedi RNA non codificanti) di organismi animali e vegetali, a (processi di differenziamento) stimoli fisiologici e patologici (trasformazione neoplastica, neurodegenerazione). L'intento di questo complesso campo di ricerca è quello di aumentare la conoscenza dei meccanismi molecolari alla base di questi processi e di acquisire gli strumenti necessari per la definizione di nuove tecnologie e strategie avanzate per la diagnosi e il trattamento delle malattie croniche umane. Inoltre, si studiano i meccanismi che regolano l'espressione di diversi prodotti genici in alternativa ad un unico trascritto primario nei sistemi di Xenopus laevis e Saccharomyces cerevisiae; si studia la sintesi ed il ruolo di piccoli RNA nella localizzazione nucleolare che partecipano attivamente biogenesi dei ribosomi. I miRNAs possono essere sfruttati in modo mirato per inibire l'espressione genica e potrebbero svolgere un ruolo attivo sia come \"molecole antisenso\" e come molecole in grado modificare la trasmissione del segnale intracellulare. B. Ciclo cellulare e la divisione cellulare I - Ciclo cellulare e la divisione cellulare Controllo della progressione della fase S dopo danno al DNA. S ed identificando proteine ffffcoinvolte in circuiti di regolazione che bloccano la progressione della fase S dopo danno al DNA e possono contribuire alla definizione dei determinanti dell'instabilità genetica in risposta a tali danni. Studiano il ruolo dei geni p53 e ATM (Ataxia Telangiectasia-, mutato) nel blocco fase S indotta da inibitori della topoisomerasi. Viene anche analizzato la correlazione tra il blocco della fase S e la fosforilazione di RPA (Replication Protein A), un complesso proteina essenziale per ciclo cellulare. Viene infine esaminato la regolazione dei punti di controllo di fase S in cellule di pazienti con sindrome di Werner. Ruolo del ciclo Ran GTPasi e la divisione cellulare. L'obiettivo della ricerca è lo studio della regolazione del ciclo cellulare e la divisione cellulare dalla GTPasi Ran in cellule di mammifero. Si sono studiati: 1) gli effetti sulla sovraespressione mitotica di vari componenti del circuito di Ran; 2) gli effetti della mancata segnalazione di Ran sulla progressione mitotica in vivo; 3) la possibile interferenza sulla Ran della segnalazione mediata da oncoproteine ffffvirali, come Adenovirus E1A. Lo studio di checkpoints post-mitotici p53-dipendenti. Le cellule che sono entrate mitosi, in presenza di un danno del fuso mitotico, se in possesso di una p53 funzionante, possono fermarsi in fase G1. In assenza di p53, le cellule sviluppano invece cicli di poliploidizzazione. Per comprendere i meccanismi coinvolti in questo checkpoint post-mitotico si sono utilizzati diversi approcci sperimentali. La ricerca è condotta su linee cellulari linfoblastoidi umane derivate da pazienti con atassia telangiectasia-e portatori eterozigoti di mutazione ATM. Identificazione e caratterizzazione di geni mitotici di Drosophila per mezzo di \"RNA interference\". L'introduzione di un RNA a doppio filamento nel mezzo di colture di cellule di Drosophila produce l'inattivazione del gene corrispondente (RNA interfering). Per identificare i geni necessari per il corretto svolgimento della divisione mitotica, vengono inattivati ffffsistematicamente tutti i geni di Drosophila che mappano sul terzo cromosoma. Il fenotipo mutante delle cellule trattate è caratterizzato da analisi citologica al FACS ed esame del DNA marcato, della tubulina e actina. Analisi genetica e molecolare dei meccanismi di assemblaggio del fuso in Drosophila. Sono stati recentemente identificati cinque geni di Drosophila che controllano la struttura e il comportamento dei centrosomi, influenzando in questo modo la nucleazione dei microtubuli e la formazione del fuso. Il gruppo studierà la caratterizzazione genetica e citologica di questi mutanti GOLPH3. Dissezione genetica e molecolare di citochinesi in Drosophila. Sono stati recentemente identificati 18 geni che controllano il funzionamento del citochinesi meiotica nei maschi di Drosophila. Tutti questi geni sono stati mappati finemente e tre di loro sono già stati caratterizzati a livello molecolare. Si sta lavorando alla clonazione degli altri. Questi studi permettono di identificare alcuni dei geni per mezzo della metodica di \"RNA interference\" che corrispondono a quelli specificati da mutanti e sono in grado di sopprimere la ciochinesi meiotica. II - Struttura e funzione del cromosoma eucariotico La ricerca è rivolta alla comprensione dei meccanismi molecolari del \"telomero capping\" e quelli di condensazione del cromosoma, utilizzando Drosophila melanogaster come organismo modello. Studi recenti hanno portato all'isolamento di 10 mutanti che presentano un'elevata frequenza di fusioni telomeriche e 7 mutanti con difetti della condensazione cromosomica in mitosi. Si sta iniziando la caratterizzazione, a livello molecolare, dei geni identificati da questi mutanti e la produzione di anticorpi contro i prodotti proteici dei geni di interesse per lo studio della localizzazione intracellulare con metodi immuno-citochimici. III - Fattori genetici che predispongono all'autismo e al morbo di Alzheimer. Fattori genetici che predispongono all'autismo. Recenti indagini hanno suggerito che un locus nella subunità-telomerica 16p può essere coinvolto nell'eziologia dell'autismo. Per valutare il possibile contributo di questa regione alla comparsa della malattia vengono esaminati numerosi marcatori microsatelliti diffusi in tutta la regione 16p13.3-16p13.2 in autismo in rapporto ai relativi controlli. Fattori genetici che predispongono alla malattia di Alzheimer. Studi di associazione hanno dimostrato che nell'allele * 4, il gene codificante per l'apolipoproteina E (APOE) è associato ad un aumentato rischio di malattia di Alzheimer (AD). Si stanno studiando se modifiche additive (SNP: polimorfismi a singolo nucleotide) possano modulare il ruolo di E * 4 come fattore di rischio per i pazienti, che caratterizza una forma sporadica di AD. IV - Mutagenesi base e applicata Il danno epigenetico e la sua persistenza in cellule di mammifero. Gli scambi tra cromatidi fratelli (SCE) sono ampiamente usati come test per la valutazione del danno genotossico in cellule di eucarioti superiori, ma i loro meccanismi di formazione non sono stati ancora chiariti. Il gruppo sta studiando il ruolo della metilazione del DNA nell'induzione di SCE. Dato il rapporto tra il tasso di metilazione del DNA e del livello acetilazione degli istoni, ci si propone di verificare se gli inibitori delle deacetilasi hanno la capacità di interferire con l'induzione di SCE. Anti-mutageni e azione mutagena di composti naturali. Si sta studiando la possibilità che composti naturali, con ipotetica attività anti-ossidante, possano modulare il danno indotto da agenti mutageni in cellule di mammifero. In particolare, si è analizzato il potenziale mutageno e anti-mutageno di resveratrolo, un polifenolo che si trova nelle piante medicinali, come uva e vino rosso, così come quella di licopene e composti naturali utilizzati tradizionalmente a Cuba nella medicina popolare. C.Interazioni proteina-proteina Il tema principale di questo campo di ricerca è lo studio della struttura e le potenziali interazioni proteina-proteina, questo tipo di approccio è tipico della biologia di base, ma presenta aspetti interessanti di applicazione, per esempio nella progettazione di farmaci caratterizzati dalla loro attività antitumorale e/o con funzioni specifiche antivirali, come nanoparticelle di ferritina, inibitori delle acetilasi, inibitori delle proteasi ecc I - Proteine: funzione ed evoluzione. Si è affrontato lo studio di alcune famiglie di proteine ffffestratte da diversi organismi, come proteine ffffrespiratorie, proteine ffffcon attività di disintossicazione, trasportatori di ossigeno o elettroni ed enzimi folato-dipendenti piridossalfosfato, ossidasi rame ed enzimi proteolitici, allo scopo di identificare eventuali variazioni intervenute nelle proprietà strutturali e funzionali durante l'evoluzione, e per prevedere e verificare l'effetto di sostituzioni aminoacidiche sul meccanismo di azione mirata. II - Biologia strutturale. L'obiettivo finale di questa ricerca è la conoscenza delle \"regole\", ancora in gran parte sconosciute, secondo cui la sequenza di una proteina determina struttura e funzione tridimensionale. Questa attività comprende la caratterizzazione della catena polipeptidica a diversi livelli di organizzazione, lo studio del processo di \"folding\", la predizione di strutture secondarie e terziarie, l'analisi dei contributi che permettono il processo di riconoscimento tra diverse subunità e quindi determinare la struttura quaternaria, e infine la traduzione di base strutturale del adattamento delle proteine ffffa condizioni di vita estreme. III - Biochimica cellulare Progetti con differenti obiettivi che vanno dallo studio del ruolo di NO in bioenergetica cellulari a quella dei meccanismi di difesa contro lo stress ossidativo causato dai radicali o specie di ossigeno reattivo (ad esempio, la definizione del ruolo fisiologico di alcuni composti solforati endogeni, e lo studio di ossidazione enzimatica dei derivati ffffdi peptidi oppioidi, come il encefaline-cisteinildopa, in grado di legarsi ai recettori dei peptidi oppioidi). IV- biotecnologie biochimiche Questo campo di ricerca è dedicato allo studio di proteine ffffcoinvolte nel meccanismo di trasduzione del segnale mediata da ioni calcio (sorcina, canali del calcio). Anche se la messa a punto di questo progetto non è immediata, ha un chiaro potenziale per le applicazioni, ecco alcuni esempi: il ruolo dei peptidi antimicrobici nel regolare l'immunità \"innata\", cosa che potrebbe consentire a una grande varietà di organismi per evitare infezioni; l'uso di mutanti umani di emoglobina come sostituti del sangue, e infine i ceppi di Pseudomonas, che sono portatori di varianti del nitrito-reduttasi, la loro capacità di migliorare la de-inquinamento da nitrati e nitriti di produzione. D. Meccanismi molecolari della proliferazione e differenziamento cellulare. Si ha interesse di studiare i meccanismi molecolari della proliferazione e differenziamento cellulare in modelli animali normali e geneticamente modificati per sviluppare specifiche patologie. I - geni sintetici e naturali coinvolti nella regolazione della trascrizione. La progettazione e la sintesi di geni artificiali con funzionalità modificata offre numerose applicazioni nel campo della biotecnologia e la terapia genica. In particolare, si è effettuata la manipolazione di geni codificanti per fattori trascrizionali in modo da alterare in modo mirato la loro specificità e per consentire il legame a specifiche sequenze bersaglio di DNA, coinvolte nell'eziopatogenesi di processi patologici come le malattie genetiche e cancro. La grande classe di proteine ffffin grado di legarsi specificamente al DNA, proteine ffff\"zinc finger\", sono particolarmente adatte alla costruzione di fattori di trascrizione artificiali, per la loro plasticità e modularità. Il gruppo di ricerca è impegnato nella progettazione e sintesi di fattori di trascrizione zinc finger artificiale che leghino sequenze di DNA mirati al target desiderato. In particolare, due geni: utrofina e FGF-4 (murino e umano), sono stati il ffffbersaglio di due famiglie di fattori di trascrizione artificiali denominate rispettivamente \"Jazz\" e \"Blues\". L'identificazione di proteine ffffche interagiscono con la RNA polimerasi II (pol II), utilizzando la tecnica di \"doppio ibrido\". Con questo metodo, utilizzando come esca la subunità alfa della pol II (RPB11 e RPB3) simile a quella umana, sono state caratterizzate nuove interazioni proteina/proteina. In particolare, il pol II RPB3 subunità interagisce direttamente con: il fattore di trascrizione miogenici \"Myogenin\" e il prodotto di un nuovo gene umano che è stato chiamato Pier I, coinvolto nella compartimentazione dei RPB3. Con la pol II subunità RPB11 invece interagisce con la cheratina 19, un nuovo gene umano, Che-1, coinvolto nella regolazione del ciclo cellulare. L'uso di animali transgenici, negli ultimi anni si è dimostrato uno strumento prezioso per studiare le funzioni in vivo di geni coinvolti nel cancro, malattie genetiche, degenerative, metaboliche, ecc In particolare, i progetti di ricerca in cui è coinvolto il gruppo sono: i - la terapia genica e studio delle malattie degenerative (modelli transgenici per la terapia genica di cardiomiopatia dilatativa e la distrofia muscolare). ii - lo studio di geni coinvolti nel differenziamento con particolare riferimento a modelli transgenici che over-esprimono noti geni oncosoppressori, come il gene p130, o nuovi geni come Che-1, il cui ruolo nella regolazione del ciclo cellulare non è ancora completamente caratterizzato e per i quali uno studio in vivo di espressione o tessuto specifico onnipresente, può aggiungere informazioni preziose a quelli già ottenuti recentemente con studi in vitro e cellulari. II - azione di molecole di segnalazione per il controllo della proliferazione cellulare e apoptosi e analisi dell'evento intra-cellulare di trasduzione del segnale. La ricerca riguarda la comprensione dei meccanismi mediante i quali l'interferone beta induce inibizione della crescita nelle linee di cellule tumorali stabilizzate di carcinoma squamoso della cervice uterina, che esprimono oncoproteine ffffE6 ed E7 di papillomavirus umano. Si sta inoltre studiando l'interazione tra estrogeni e fattori di crescita nella regolazione di ormone-sensibile del tessuto umano. Oggetto di studio è l'analisi dell'interazione di estrogeni, fattori di crescita e molecole pro-infiammatorie nei tumori umani (in particolare della prostata) e in altre malattie, come l'osteoporosi. Sono stati valutati gli effetti del trattamento con estrogeni, modulatori selettivi dei recettori degli estrogeni e citochine, proliferazione, apoptosi, ciclo cellulare, correlandole con i livelli di espressione di alcuni fattori di crescita e molecole pro-infiammatorie. Questi studi mirano a chiarire i meccanismi di azione ormonale nei tessuti normali e patologici, e definire i criteri per prevedere gli effetti di molecole naturali o di sintesi in malattie in questione. III. Molecole del sistema immune. (literal)
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