Vincitori Fellowship 2025

Il melanoma cutaneo è la forma più aggressiva e mortale di cancro della pelle e uno dei tipi di cancro in più rapida crescita in tutto il mondo. Le mutazioni nel gene NRAS rappresentano circa il 20% dei casi di melanoma, inoltre i casi di melanoma NRAS-mutato non dispongono di trattamenti specifici ed efficaci oltre a presentare una resistenza al trattamento. Oltre a ciò, le opzioni di trattamento diventano limitate in caso di resistenza e conseguente progressione della malattia. Sono pertanto necessarie nuove strategie di trattamento per migliorare gli esiti dei pazienti. In questo progetto verrà studiata l'area concernente i mitocondri e il loro meccanismo di controllo della qualità, la dinamica mitocondriale. Nonostante le prove emergenti suggeriscano che la dinamica mitocondriale regoli la progressione e i meccanismi di resistenza in altri tumori attraverso la mediazione di alterazioni nel metabolismo e nella segnalazione del destino cellulare, il suo ruolo nel melanoma con mutazione del gene NRAS rimane inesplorato. I dati preliminari suggeriscono che un'elevata espressione dei principali regolatori della fissione mitocondriale, Drp1 e MIEF2, sia associata a una sopravvivenza più bassa, a cascate di segnalazione pro-oncogeniche e all’evasione immunitaria nei pazienti con melanoma NRAS. Quantificando l'espressione di Drp1 e MIEF2 nel tessuto dei pazienti con melanoma NRAS, nonché studiando il comportamento delle cellule tumorali e la morfologia e il metabolismo mitocondriale nelle linee cellulari NRAS dopo il knockout CRISPR/Cas9 di Drp1 o MIEF2, questo progetto determinerà se la dinamica mitocondriale rappresenti una vulnerabilità funzionale e una motivazione preclinica per una nuova strategia di trattamento per questo sottotipo di tumore clinicamente significativo.

La fecondazione, ovvero l'unione tra spermatozoo e ovulo, è l'evento biologico fondamentale che dà inizio allo sviluppo di tutti gli organismi che si riproducono sessualmente. Nonostante la sua importanza, i meccanismi molecolari alla base della fusione tra spermatozoo e ovulo sono ancora scarsamente compresi. Il mio lavoro di post-dottorato ha contribuito a far luce su questi meccanismi grazie alla nostra scoperta rivoluzionaria di un complesso spermatico conservato che media l'interazione tra spermatozoo e ovulo nei vertebrati (Deneke, Blaha et al., 2024). Le nostre recenti scoperte, non ancora pubblicate, dimostrano che questo complesso è composto da un numero ancora maggiore di fattori conservati nell'uomo, collegando tutti i fattori precedentemente noti in un unico complesso multisubunitario, il complesso SPARK. Tuttavia, non è ancora chiaro in che modo il complesso SPARK promuova meccanicamente la fusione della membrana e sarà necessario colmare questa fondamentale lacuna di conoscenza per comprendere come funziona la fecondazione. Propongo un modello in due fasi per la fecondazione nei vertebrati: il complesso SPARK viene prima attivato dal legame con il recettore dell'ovulo e successivamente viene innescato per la fusione dalla prossimità della membrana. Per testare questo modello, determinerò innanzitutto in che modo i recettori dell'ovulo nei pesci e nei mammiferi modulano il complesso SPARK per avviare la capacità di fusione (Obiettivo 1). In secondo luogo, mapperò gli "hotspot" funzionalmente critici e i domini fusogenici all'interno del complesso per identificare i cambiamenti conformazionali necessari per l'inserimento e la fusione della membrana (Obiettivo 2). Utilizzerò il pesce zebra come sistema modello principale poiché la sua fecondazione esterna, l'abbondante disponibilità di gameti e la conservazione molecolare lo rendono ideale per studi biochimici e di struttura-funzione. Le mie scoperte chiariranno i meccanismi molecolari della fusione sperma-ovulo e avranno implicazioni dirette per la comprensione dell'infertilità idiopatica, il miglioramento delle tecnologie di riproduzione assistita (ART) e lo sviluppo di nuove strategie contraccettive.

Lo stress psicosociale cronico è un forte indicatore di morbilità e mortalità prematura ed è associato a cambiamenti immunitari molto somiglianti all'invecchiamento, tra cui la tendenza mieloide, l'infiammazione cronica e l’espansione delle cellule staminali (1-5). Resta tuttavia non chiarito il modo in cui un'esperienza psicosociale transitoria produca un'impronta biologica duratura simile all'invecchiamento. I nostri dati preliminari sullo stress da sconfitta sociale cronico indicano che le cellule staminali ematopoietiche (HSC) attivano un programma di rilevamento innato simile a quello antivirale, accompagnato da una ridefinizione del circuito metabolico e un tono alterato delle chemochine. Suggeriamo che questi segnali evocati dallo stress scrivano programmi cromatinici persistenti nelle HSC che fenocopiano l'invecchiamento immunitario, portando a un processo infiammatorio sostenuto e a una ridotta capacità rigenerativa delle cellule staminali e progenitrici del sangue. Ipotizziamo che lo stress psicosociale attivi vie di rilevamento innate nelle HSC per installare programmi epigenetici di lunga durata che orientano l'emopoiesi verso l'invecchiamento infiammatorio a scapito della rigenerazione immunitaria. Intendiamo: (i) definire le traiettorie di invecchiamento immunitario indotto dallo stress integrando l'immunofenotipizzazione longitudinale con la profilazione epigenomica a singola cellula in tutti i tessuti; (ii) collegare le impronte epigenomiche persistenti nelle HSC al declino funzionale della reattività immunitaria e della produzione clonale; e (iii) stabilire causalità e reversibilità bloccando temporaneamente le vie chiave di “scrittura” durante la finestra di imprinting e valutando il recupero a lungo termine dello stato della cromatina, dell’architettura clonale e della funzione immunitaria. Nel complesso, il nostro lavoro identificherà la riprogrammazione delle HSC indotta dallo stress come fattore modificabile dell'invecchiamento immunitario prematuro, rivelerà finestre di intervento critiche e svelerà target attuabili per preservare la rigenerazione immunitaria e promuovere una vita sana.

L'invecchiamento è un processo fisiopatologico irreversibile che porta a un declino progressivo delle funzioni biologiche critiche per la sopravvivenza. Sebbene alcuni cambiamenti legati all'età possano essere considerati benigni, il cattivo invecchiamento è associato alla perdita delle difese omeostatiche e al progressivo deterioramento delle funzioni biologiche. Infatti l'invecchiamento è un fattore di rischio per le malattie croniche, il che aumenta l'interesse per la ricerca di base e clinica. È noto che l'infiammazione e lo stress ossidativo rappresentano fattori chiave che contribuiscono alle alterazioni indotte dall'invecchiamento della funzione tissutale. Da notare che l'interleuchina-6 (IL-6) è considerata un potenziale anello di congiunzione tra infiammazione e stress ossidativo. Inoltre, i livelli sierici di IL-6 erano fortemente associati alla mortalità nelle persone molto anziane; tuttavia le modalità con cui livelli elevati di IL-6 contribuiscono alle alterazioni legate all'età rimangono ancora un anello mancante nella ricerca biomedica. A tal fine, l'obiettivo principale di questo progetto è definire l'azione dell'IL-6 durante l'invecchiamento e identificare i meccanismi protettivi indotti dall'inibizione della trans-segnalazione dell'IL-6 sui difetti associati all'età. Qui proponiamo un approccio farmacologico mirato specificamente al recettore solubile dell'IL-6 (sIL-6R), che promuove gli effetti pro-infiammatori e catabolici indotti dall'IL-6. Un importante meccanismo associato all'invecchiamento cellulare è la metilazione del DNA, un indice di invecchiamento "buono e cattivo". L'analisi della metilazione del DNA di specifici orologi biologici determinerà se l'inibizione di un fattore chiave, come l'sIL-6R che contribuisce all'ossi-infiammazione, possa indurre un ringiovanimento biologico. Pertanto, il progetto proposto si concentrerà su tre obiettivi specifici: i) monitorare il processo di invecchiamento nei topi con blocco della trans-segnalazione dell'IL-6; ii) valutare l'integrità muscolo-scheletrica in topi anziani sottoposti a blocco della trans-segnalazione dell'IL-6; iii) valutare se il blocco della trans-segnalazione dell'IL-6 ringiovanisce i tessuti attraverso la modulazione dell'orologio epigenetico.

La sindrome di Sjögren (SjD) è una malattia autoimmune sistemica caratterizzata dall’infiammazione cronica delle ghiandole salivari che porta a sintomi di secchezza, affaticamento, dolore e a un rischio marcatamente aumentato di linfoma a cellule B. Nonostante l’elevato carico di malattia, le opzioni terapeutiche rimangono limitate alla gestione sintomatica, rispecchiando una comprensione incompleta dei meccanismi cellulari e molecolari alla base dell’infiammazione ghiandolare cronica. Sebbene la disregolazione immunitaria sia un tratto distintivo della SjD, prove emergenti suggeriscono che le cellule stromali modellino attivamente le nicchie infiammatorie all'interno del tessuto colpito. Tuttavia, la natura e la rilevanza funzionale delle interazioni immuno-stromali nella SjD rimangono scarsamente definite. Questo progetto mira ad analizzare il crosstalk immuno-stromale che stimola l'infiammazione persistente e la disfunzione ghiandolare nella SjD, combinando la profilazione multiomica a singola cellula (sn) con la validazione funzionale. Abbinando biopsie delle ghiandole salivari minori (MSG) e campioni di sangue periferico di pazienti con SjD ben caratterizzata, il progetto genererà un atlante trascrittomico ed epigenomico integrato del tessuto e del sangue. Questo approccio consentirà l’identificazione di popolazioni cellulari specifiche della malattia, programmi regolatori e reti di comunicazione intercellulare che sostengono l’infiammazione cronica. Le principali vie di interazione immuno-stromale emerse da queste analisi saranno testate funzionalmente con l'ausilio di sistemi di co-coltura ex vivo e sezioni di tessuto delle ghiandole salivari tagliate con precisione per stabilire la causalità e la rilevanza terapeutica. Nel complesso, questo progetto intende fornire un quadro meccanicistico di come le cellule immunitarie e stromali cooperano per perpetuare la patologia SjD. Scoprendo nuovi circuiti regolatori e reti di interazione, esso mira a identificare percorsi candidati per un intervento mirato, contribuendo infine allo sviluppo di strategie di modifica della malattia per la SjD.

La rigenerazione epatica dopo un'epatectomia parziale richiede il ripristino coordinato della polarità degli epatociti, dell'organizzazione sinusoidale e delle reti dei canalicoli biliari. Sebbene i percorsi molecolari della rigenerazione siano ben caratterizzati, i principi strutturali tridimensionali che guidano un'efficace riparazione dei tessuti sono ancora poco conosciuti. L'imaging ad alta risoluzione rivela che gli organi codificano i progressi della riparazione attraverso modelli spaziali quantificabili, ma attualmente non esiste un quadro di riferimento per apprendere questi modelli durante il processo rigenerativo. Questo progetto svilupperà un approccio basato sull'intelligenza artificiale per identificare le caratteristiche geometriche latenti che caratterizzano il successo della rigenerazione epatica. Utilizzando set di dati confocali 3D risolti a livello di singola cellula da prime fasi rigenerative, estrarremo descrittori multiscala dell'orientamento della polarità, dei campi di allineamento locale, dell'organizzazione epiteliale, della topologia sinusoidale e della connettività dei canalicoli biliari. Questi descrittori saranno integrati attraverso un apprendimento della rappresentazione basata su grafi e il manifold modeling per costruire una Mappa della Rigenerazione: una rappresentazione a bassa dimensione che traccia la progressione degli stati architettonici durante la riparazione. Da questa rappresentazione appresa, calcoleremo un "Punteggio di Rigenerazione" che fornisce una misura interpretabile della progressione rigenerativa basata unicamente sull'architettura dei tessuti. Il punteggio ha il potenziale di rilevare deviazioni precoci associate a riparazioni compromesse, invecchiamento o disfunzioni metaboliche, offrendo una nuova prospettiva strutturale per la valutazione della salute dei tessuti. Il progetto sarà realizzato presso la Universidad de Las Américas-Quito utilizzando una pipeline di ricostruzione consolidata e strumenti computazionali accessibili. Tutti i metodi saranno rilasciati come risorse open-source con requisiti hardware minimi per favorirne l'adozione in laboratori con infrastrutture limitate. Combinando biologia rigenerativa, morfologia quantitativa e IA, il progetto crea un nuovo quadro di riferimento per la comprensione della rigenerazione epatica.