CLOSE

Meccanismi Molecolari alla base della Divisione Cellulare Asimmetrica

Direttore

Marina Mapelli

Attivita'

La ricerca nel nostro gruppo verte alla caratterizzazione dei meccanismi molecolari che regolano divisioni asimmetriche delle cellule staminali, con enfasi sul ruolo dell'orientamento fuso mitotico nel determinare il destino cellule figlie. La corretta esecuzione delle divisioni asimmetriche è essenziale per la morfogenesi embrionale, e per l'omeostasi e la rigenerazione dei tessuti negli organismi adulti. Studi recenti hanno rivelato che alcuni tumori umani sono causati da anomalie nelle divisioni asimmetriche delle cellule staminali adulte in grado di indurre una proliferazione incontrollata (la cosiddetta ipotesi delle cellule staminali tumorali). In particolare, e' stato dimostrato che divisioni asimmetriche anormali si verificano quando i processi che controllano la posizione del piano di citochinesi sono compromessi. Questo genere di anomalie nelle divisioni asimmetriche sono state correlate con difetti della neurogenesi e della stratificazione della pelle, e correlano con la progressione dei tumori.

Affinche' una divisione risulti asimmetrica, la posizione del fuso mitotico deve essere coordinata alla polarità cellulare in modo che le cellule figlie vangano posizionate correttamente all'interno del tessuto, ereditino gli stessi fate determinants, e acquisiscano la corretta identità cellulare. Questa osservazione pone le basi per i nostri studi, volti a caratterizzare l'organizzazione strutturale e funzionale dei meccanismi molecolari responsabili per l'accoppiamento del fuso mitotico alla polarità corticale durante le divisioni asimmetriche. Il nostro approccio sperimentale combina studi strutturali in vitro (principalmente cristallografia a raggi X), analisi biochimiche su complessi proteici ricostituiti, e biologia cellulare delle cellule staminali. Le informazioni molecolari dettagliate ottenute dai nostri studi strutturali, ci permettono di formulare modelli molecolari accurati per il posizionamento del fuso mitotico durante divisioni asimmetriche, che validiamo poi in cellule. Un concetto emergente nell'ambito delle terapie antitumorali è che le cellule staminali tumorali possano essere responsabili delle ricadute e della resistenza alle terapie antitumorali convenzionali. In quest'ottica, la conoscenza dei processi molecolari che contribuiscono alle divisioni asimmetriche diventa determinante per l'identificazione di nuovi bersagli farmacologici specifici per cellule staminali.

  • Progetti di Ricerca

    La nostra attivita' e' organizzata in tre linee di ricerca:
    1. Caratterizzazione strutturale dei generatori di forza corticali
    I generatori di forza corticali sono motori molecolari che coordinano il corretto posizionamento del fuso mitotico. A livello molecolare, i generatori di forza svolgono diversi compiti: a) organizzano i contatti tra i microtubuli astrali e specifici domini corticali; b) coordinano stazio-temporalmente le forze che agiscono sui microtubuli astrali; c) trasmettono segnali citoplasmatici e stimoli extracellulari che istruiscono l'orientamento del fuso. I componenti principali di questi motori molecolari, e il pathway non canonico di proteine-G coinvolte nella loro regolazione, sono conservati evolutivamente. Il loro modulo centrale è costituito dai complessi proteici NuMA/LGN/ Gαi. Da un punto di vista topologico, LGN è stata descritta come il legame molecolare tra le subunità Gαi ancorate alla membrana plasmatica, e la proteina NuMA, che interagisce con Dynein. Il nostro interesse e' di capire gli eventi molecolari che accompagnano la transizione conformazionale di LGN necessaria alla localizzazione dei complessi NuMA/LGN/Gαi alla corteccia cellulare.

     
    2. Coordinamento tra la polarità apico-basale e il piano di divisione cellulare
    La nostra seconda linea di ricerca affronta il problema di come generatori di forza sono specificamente reclutati ai siti di polarizzazione. In diversi sistemi cellulari, la polarizzazione corticale è stabilita dalla distribuzione asimmetrica dei complessi Par3/Par6/aPKC, che a sua volta definisce la localizzazione asimmetrica dei fate determinants. Nei neuroblasti di Drosophila cosi' come nei progenitori della pelle dei topi, Par3/Par6/aPKC localizzano apicalmente, e reclutano i motori dei microtubuli tramite un adattatore chiamato Inscuteable (INSC). Recentemente abbiamo risolto la struttura cristallografica di LGN in complesso con Inscuteable, e scoperto che Inscuteable e NuMA sono ligandi esclusivi di LGN. Questa scoperta inattesa rende necessaria una revisione del modello molecolare di orientamento del fuso nelle divisioni asimmetriche, che stiamo riformulando sulla base alle proprietà molecolari delle proteine coinvolte. Quello che si sta evidenziando è che diversi meccanismi contribuiscono a definire la posizione del fuso nelle divisioni asimmetriche delle cellule staminali e nelle divisioni orientate delle cellule epiteliali. Per questo motivo, per capire come il fuso mitotico viene posizionato in diversi sitemi cellulari, stiamo perseguendo anche l'identificazione di nuovi interattori di NuMA, LGN e Inscuteable in diversi tessuti.

     

    3. Ruolo dell'orientazione del fuso nelle divisioni asimmetriche delle cellule staminali

    I pathway genetici che influenzano la relazione tra la posizione del fuso mitotico e le divisioni asimmetriche sono stati inizialmente scoperti nei neuroblasti della Drosophila, e poi documentati nelle cellule staminali della pelle e nei progenitori neurali mirini. Studi recenti hanno evidenziato l'importanza delle divisioni asimmetriche nel differenziamento dei progenitori durante la morfogenesi della ghiandola mammaria. Tuttavia, si sa molto poco circa i meccanismi molecolari alla base delle divisioni asimmetriche in questo sistema, e di come sono deregolati nei tumori mammari. Una nuova linea di ricerca del laboratorio e' lo studio di come la polarità corticale e l'orientamento delle divisioni influenzano l'asimmetria delle divisioni nelle celule staminali mammarie murine. Studiamo anche la rilevanza di questi meccanismi sul potenziale proliferativo e rigenerativo delle cellule staminali mammarie, aspetti che riteniamo possano influenzare la progressione dei tumori mammari.

  • Pubblicazioni

    • Andersen D.S., Colombani J., Palmerini V., Chakrabandhu K., Röthlisberger M., Toggweiler J., Basler K., Mapelli M., Hueber A., and Léopold P. (2015) The Drosophila TNF receptor Grindelwald couples loss of cell polarity with neoplastic growth. Nature, 522, 482-6.
    • Culurgioni S., Mapelli M. (2013) Going vertical: functional role and working principles of the protein Inscuteable in Asymmetric Cell Divisions. Cellular and Molecular Life Sciences, 70(21), 4039-46.
    • Mapelli M., Gonzalez C. (2012) On the inscrutable role of Inscuteable: structural bases for the competitive binding of NuMA and Inscuteable to LGN. (2102) Open Biology, 2
    • Migliori V., Muller J., Phalke S., Low D., Bezzi M., Mok W.C., Sahu S.K., Gunaratne J., Capasso P., Bassi B., Cecatiello V., De Marco A., Blackstock W., Kuznetsov V., Amati B., Mapelli M., Guccione E. (2012) Symmetric dimethylation of H3R2 is a newly identified histone mark that supports euchromatin maintenance. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 136-144.
    • Culurgioni S., Alfieri A., Pendolino V., Laddomada F. and Mapelli M. (2011) Inscuteable and NuMA proteins bind competitively to Leu-Gly-Asn repeat-enriched protein (LGN) during asymmetric cell divisions. P.N.A.S., 108, 20998-1003.

     

     

     

    All publications

  • Finanziamenti

    • 2013 – 2015 Italian Association for Cancer Reseach (AIRC), Principal Investigator Grant.
    • 2011 – 2013 Grant Giovani Ricercatori, Italian Ministry of Health.

UN PICCOLO GESTO E' PER NOI UN GRANDE AIUTO

PARTNERSHIP

Università degli Studi di Milano Ecancer Medical Science IFOM-IEO Campus

ACCREDITAMENTI

Ministero della Salute Joint Commission International Breastcertification bollinirosa

© 2013 Istituto Europeo di Oncologia - via Ripamonti 435 Milano - P.I. 08691440153

IRCCS - ISTITUTO DI RICOVERO E CURA A CARATTERE SCIENTIFICO

facebook IEO googleplus IEO twitter IEO pinterest IEO vimeo IEO