Società Italiana di Biofisica e Biologia Molecolare

 

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Premio Chiara D’Onofrio “Giovani” • 2011

Livia Modica

Livia Modica, nata a Catania il 25.5.1982, consegue la laurea triennale in Biotecnologie il 16.12.2004 presso l’Università di Milano-Bicocca. Successivamente, il 5.2.2007 consegue la laurea specialistica in Biotecnologie industriali presso l’università di Milano-Bicocca. Nel 2008 ottiene una borsa di studio pre-dottorato presso il gruppo del Prof. Francesco Blasi all’IFOM (Istituto FIRC di Oncologia Molecolare), Milano. Nel 2009 viene selezionata per il programma di dottorato in Medicina Molecolare della SEMM (Scuola Europea di Medicina Molecolare), gruppo del Prof. Francesco Blasi (IFOM, Milano). Attualmente svolge il terzo anno del suddetto programma di dottorato.

Abstract
Il ruolo della proteina Prep1 nel mantenimento delle cellule staminali ematopoietiche

Prep1 è un fattore di trascrizione caratterizzato dalla presenza di un omeodominio, ed appartiene alla famiglia delle proteine TALE. Prep1 svolge un ruolo fondamentale sia durante lo sviluppo embrionale che nei tessuti adulti. Nel modello murino, una mutazione nulla che distrugge l’espressione del gene Prep1 provoca, intorno al quinto giorno di gestazione (E5), la morte dell’embrione, dovuta ad una forte apoptosi p53 dipendente delle cellule dell’epiblasto. Prep1, inoltre, nei tessuti adulti, svolge il ruolo di soppressore tumorale. Infatti, come è stato recentemente dimostrato dal nostro gruppo, Prep1 è assente o debolmente espresso nel 75% dei tumori umani. Per capire pienamente il ruolo di Prep1 nella tumorigenesi è dunque necessario incominciare a studiare i meccanismi molecolari in cui esso è coinvolto. Lo scopo del nostro lavoro si inserisce dunque in questo contesto e ha il fine di mettere in luce il ruolo di Prep1 nell’ematopoiesi e in particolare nella biologia delle cellule staminali ematopoietiche. Nel modello murino, una mutazione ipomorfa del gene Prep1 (Prep1i/i) riduce l’espressione dei livelli proteici al 3-10% rispetto al wild tepee. Gli embrioni che portano questa mutazione muoiono tra E17.5 e la nascita, mostrano un fenotipo pleiotropico. Gli embrioni Prep1i/i presentano diverse anomalie tra cui l’ipoplasia di molti organi, difetti oftalmici e angiogenici, e in particolare importanti difetti in tutta la linea ematopoietica. Poiché durante lo sviluppo embrionale, tra E11 e la nascita, l’ematopoiesi avviene nel fegato fetale, abbiamo scelto come modello per questo studio il fegato fetale a E14.5. Inizialmente, abbiamo osservato che le cellule staminali ematopoietiche, identificate tramite analisi FACS come Lin-Sca1+ckit+CD150+CD48-CD41-, appaiono sensibilmente diminuite in numero rispetto alla controparte wild type. Queste cellule, inoltre, mostrano una ridotta capacità di formare colonie ex vivo, come abbiamo potuto osservare grazie a uno specifico saggio chiamato long term culture-initiating cell che misura il potenziale clonogenico di progenitori e cellule staminali. Le cellule staminali, per definizione, sono quelle cellule in grado di ricostituire completamente il sistema ematopoietico di riceventi in cui quest’ultimo è stato precedentemente distrutto tramite radiazioni. Il trapianto, a differenti dosi, di cellule staminali ematopoietche in topi irradiati rappresenta quindi un importante strumento per misurare la frequenza di cellule staminali ematopoietiche. Attraverso questo saggio, abbiamo potuto dimostrare che le cellule da fegato fetale Prep1i/i presentano una ridotta frequenza di cellule staminali ematopoietiche rispetto al wild type. Inoltre le cellule staminali Prep1i/i, in seguito a trapianto in riceventi irradiati, sono sensibilmente meno efficienti nel dare vita ai comparti di progenitori e cellule staminali. Le cellule staminali ematopoietiche, così come tutte le altre cellule staminali, presentano caratteristiche biologiche peculiari. Queste, infatti, sono capaci di auto rinnovarsi (cioè di dar vita a nuove cellule staminali) e di differenziare (di generare tutti i tipi di cellule mature del sangue). Attraverso trapianti seriali abbiamo dunque osservato che le cellule staminali ematopoietiche Prep1i/i mostrano difetti nella capacità di auto rinnovarsi. Inoltre, analizzando la distribuzione delle cellule staminali Prep1i/i nelle diverse fasi del ciclo cellulare, abbiamo potuto notare una drastica riduzione delle cellule quiescenti (che si trovano cioè in G0). Questa osservazione indica il coinvolgimento di Prep1 nel regolare il mantenimento di quel gruppo di cellule staminali ematopoietiche quiescenti che conserva la capacità di autorinnovarsi. Inoltre, abbiamo osservato in queste cellule l’attivazione di pathways che regolano l’attività proliferativa. Ad esempio, abbiamo notato un aumento della fosforilazione di Stat1 ed un'aumentata espressione di Sca1. Queste caratteristiche a livello molecolare possono essere interpretate come responsabili per il fenotipo proliferativo osservato nelle cellule staminali ematopoietiche Prep1i/i. Il nostro lavoro mette dunque in luce un nuovo ruolo di Prep1 come regolatore di processi biologici fondamentali per la biologia delle cellule staminali ematopoietiche. Le osservazioni effettuate a questo proposito possono perciò rappresentare un importante contributo nella comprensione del processo ematopoietico a livello sia fisiologico che patologico.