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Responsabile Ciro Isidoro
Settore di ricerca Patologia Generale
Personale docente    
Personale non-docente Carlo Follo   Claudia Peracchio  Monica Cagnin  Federica Morani  Rossella Titone  Antonino Giovia      
Obiettivi della ricerca 1) Ruolo dell’autofagia e della proteolisi lisosomica (catepsine) nell’infezione da Dengue Virus
Risultati ottenuti 1) Il ciclo riproduttivo dei virus nel corso dell’infezione cellulare coinvolge il traffico di membrane cellulari associato con il processo autofagico. I monociti svolgono un ruolo critico nella risposta immunitaria alle infezioni da Virus Dengue. Abbiamo studiato in queste cellule la relazione tra autofagia e replicazione virale in seguito a infezione da Virus dengue, utilizzando le cellule di leucemia monocitica U937 come modello ‘in vitro’. I dati riportati nella pubblicazione Panyasrivanit et al., 2011 dimostrano che l’autofagia è fortemente indotta in seguito all’infezione con virus DENV-2, cui segue una diminuita produzione di virus. L’inibizione farmacologica di autofagia per contro determina un lieve aumento nella produzione di virus.  
Obiettivi della ricerca 2) Ruolo della Catepsina D nello sviluppo di Zebrafish
Risultati ottenuti 2) La catepsina D è una aspartico proteasi lisosomica ubiquitaria che svolge un importante ruolo nella proteolisi parziale o totale dei substrati internalizzati nel compartimento endosomico-lisosomico mediante endocitosi o autofagia. La catepsina D puo’ anche agire nel citoplasma o nell’ambiente extracellulare a pH fisiologico su substrati di piccole dimensioni. La catepsina D puo’ quindi attivare o degradare molecole biologicamente attive (es. Fattori di crescita, pro-enzimi, pro-ormoni) e quindi influenzare il metabolismo generale. Nell’articolo Follo et al., 2011 viene descritto per la prima volta il fenotipo di Zebrafish nelle condizioni di Knock-down di Catepsina D. L’iporegolazione dell’espressione di Catepsina D è stata ottenuta con la tecnica del morfolino e utilizzando sequenze di oligonucleotidi dirette contro il messaggero materno e quello di neosintesi. Il lavoro dimostra l’importanza di questa proteasi per lo sviluppo di organi vitali nello zebrafish. Le principali alterazioni morfo-funzionali derivanti dall’assenza di catepsina D sono: 1. ridotto sviluppo dell’occhio e alterazione dello strato retinico-pigmentato; 2. mancato sviluppo della vescica natatoria; 3. iperpigmentazione della cute; 4. diminuita crescita e morte precoce. 
Obiettivi della ricerca 3) Regolazione e ruolo dell’autofagia nello stress ossidativo
Risultati ottenuti 3) L’autofagia è un processo di degradazione lisosomica di macroaggregati molecolari, di membrane biologiche e di interi organelli (es. mitocondri) danneggiati dallo stress ossidativo, e pertanto svolge un importante ruolo di ‘clearance’ (pulizia) nella cellula. Il ruolo dell’autofagia, innescata dallo stress ossidativo, è stato analizzato in cellule dopaminergiche di neuroblastoma umano SH-SY5Y trattate con perossido di idrogeno (H2O2), una specie radicalica estremamente reattiva, prodotta normalmente in seguito all`attività mitocondriale ma anche in condizioni di stress metabolico. In un predente articolo pubblicato sulla rivista “Toxicological Sciences” [Castino et al., 2010] abbiamo dimostrato il ruolo centrale dell’ autofagia nella morte cellulare indotta da H2O2 in cellule SH-SY5Y. In un secondo articolo pubblicato nel 2011 anch’esso sulla rivista “Toxicological Sciences” [Castino et al., 2011] abbiamo caratterizzato la tipologia di radicali liberi (ROS, idrossile e anione superossido) e le vie di segnalazione Akt-mTOR indotte dal perossido e il loro ruolo nell’induzione dell’autofagia e dell’apoptosi. I dati dimostrano l’importanza del Ferro (Fe++) nella generazione di ROS, i quali attivano transitoriamente la via di sopravvivenza Akt-dipendente e contemporaneamente anche l’autofagia. Questo lavoro dimostra per la prima volta che i ROS possono attivare l’autofagia anche in presenza di Akt attivo, che notoriamente inibisce l’autofagia mantenendo attivo mTOR. La chelazione di Fe3+ con deferoxamina previene la generazione di ROS e l’attivazione dell’autofagia, ma non interferisce con la fosforilazione di Akt e piuttosto ne inibisce la defosforilazione. La deferozamina protegge anche le cellule dall’apoptosi indotta dal perossido di idrogeno. Questo lavoro dimostra che il radicale idrossile è la specie ROS che induce l’autofagia e dimostra il potenziale terapeutico della chelazione di Fe3+ per prevenire il danno neurologico da stress ossidativo.  
Obiettivi della ricerca 4) Attività antitumorale del resveratrolo
Risultati ottenuti 4) Il glioblastoma maligno multiforme è un tumore del cervello particolarmente aggressivo, invasivo e chemioresistente. In questo studio abbiamo valutato in vitro gli effetti anti-tumorali del Resveratrolo, un polifenolo presente nel vino rosso e in alcuni alimenti. Gli esperimenti sono stati condotti in cellule in coltura U87MG e in colture primarie di glioblastoma umano. I dati dimostrano che il trattamento cronico con Resveratrolo riduce il tasso proliferativo, inibisce il potenziale invasivo e la migrazione cellulare, favorisce la senescenza e il differenziamento cellulare in senso gliale. Questi effetti permangono anche dopo 4 giorni di coltura in assenza di Resveratrolo. Nell’insieme, i dati ottenuti suggeriscono che il Resveratrolo potrebbe avere effetti terapeutici nel trattamento combinato del glioblastoma.  
Collaborazioni in atto 1. Bonnie F. Sloane, Department of Pharmacology della Wayne State University di Detroit, USA. (Biogenesi e funzione delle catepsine).
2. David Murphy, Henry Wellcome Laboratories for Integrative Neuroscience and Endocrinology, University of Bristol, UK. (autofagia nelle malattie neurodegenerative).
3. Andrej Hasilik, Institute fuer Physiologische Chemie, Klinikum der Philipps-Universitaet Marburg (D). (Biogenesi e funzione delle catepsine).
4. Duncan Smith, Insitute of Molecular Biology and genetics, Mahidol University, Tailandia. (Infezione da virus Dengue e regolazione dell’autofagia).
5. Tamara Lah, National Institute of Biology, Ljubljana, Slovenia. (Tossici ambientali e cancerogenesi).
6. Paul Saftig, Unit of Molecular Cell Biology and Transgenic Research, Institute of Biochemistry, Medical Faculty, University of Kiel, Germany. (autofagia e miopatie).
7. Lukas Mach Department of Applied Genetics and Cell Biology, University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Muthgasse 18, Vienna, Austria. (biogenesi e funzione delle catepsine).
8. Godfrey Grech, Faculty of Medicine and Surgery, University of Malta Medical School (apoptosis e autofagia nelle leucemie linfatiche).
9. Daniel J. Klionsky, Life Sciences Institute, and Departments of Molecular, Cellular and Developmental Biology and Biological Chemistry, University of Michigan, Ann Arbor, MI USA (Meccanismi molecolari di regolazione dell’autofagia).
 
Comunicazioni a congressi 1. The Royal Golden Jubilee Ph.D.Congress XII& TRF-MAG V, “Discovery and Diversity” ( RGJ-Ph.D. Congress XII), April 1-3, 2011 Pattaya, Chonburi, Thailand
M. Ekkapongpisit, A. Giovia, R. Castino, G. Caputo, C. Isidoro. Fluorescent Nanoparticles for In Cell Imaging and Drug delivery in Ovarian Cancer cells.

2. Center of Excellence for Molecular Imaging’s First Annual, “Imaging Biomarkers: From research to clinical translation”, April 11-13, 2011 Chiang Mai University, Thailand.
C. Isidoro, R. Veneroni, C. Peracchio, M. Ekkapongpisit and R. Castino. Autophagy as a potential target in cancer therapy: imaging molecules and organelles in dying cells
M. Ekkapongpisit, A. Giovia, R. Castino, M. D’Aquino, G. Caputo, C. Isidoro. In cell imaging of vesicular traffic in cancer cells with fluorescent nanoparticles

3. ABCD 2011 Congress, Ravenna, Italy, 8-10 settembre 2011
A. Giovia, M. Ekkapongpisit, M. D’Aquino, G. Nicotra, M. Ozzano, C. Isidoro. Imaging calcium-regulated exocytosis in RBL mastocytes with fluorescent polystyrene and mesoporous nanoparticles.
M. Ozzano, C. Follo, R. Castino, V. Mugoni, M. Santoro, C. Isidoro. Knock-down of lysosomal cathepsin D negatively impacts on development and life-span of zebrafish.
M. Cagnin, I. Fiorentino, A. Giovia, R. Castino, C. Isidoro. Mitochondrial ROS drive autophagy and cell death in dopaminergic neuronal cells: essential role of lysosomal iron.

4. IV giornata di studio sui tumori neuroendocrini - Nuove opzioni terapeutiche, Novara, Italy, 7 ottobre 2011
C. Isidoro Pathway mTOR: nuovo target nella terapia anti neoplastica.

5. 53rd Annual Meeting of the Italian Cancer Society – Back to the Future, Torino, Italy, 19-22 ottobre 2011
C. Peracchio, G. Nicotra, R. Castino, G. Valente and C. Isidoro. The expression of beclin-1, an oncosuppressor that controls autophagy, correlates with favourable prognosis in non-hodgkin lymphomas
R.Veneroni, F.Morani, R.Titone, C.Peracchio, C.Follo, R. Castino and C.Isidoro. Transgenic expression of pten in pten-deficient ovarian cancer cells sensitizes to resveratrol toxicity via an akt-independent pathway.
 
Pubblicazioni
Induced autophagy reduces virus output in dengue infected monocytic cells.
Knock-down of cathepsin D affects the retinal pigment epithelium, impairs swim-bladder ontogenesis and causes premature death in zebrafish.
Chelation of lisosomal iron protects dopaminergic SH-SY5Y neuroblastoma cells from hydrogen peroxide toxicity by precluding autophagy and Akt dephosphorylation
Thyroid incidentaloma identified by ¹⁸F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography with CT (FDG-PET/CT): clinical and pathological relevance.
Resveratrol reduces the invasive growth and promotes the acquisition of a long-lasting differentiated phenotype in human glioblastoma cells