I meccanismi molecolari dietro il traffico di membrana

Il traffico di membrana mantiene l'organizzazione cellulare e la comunicazione intercellulare. Il suo importante ruolo è confermato dalle gravi conseguenze che derivano dalla sua interruzione, come quelle causate da difetti ereditari che colpiscono i componenti delle macchine del traffico di membrana. Nel corso degli anni, abbiamo studiato l'interazione tra segnalazione e traffico di membrana, in particolare nel complesso del Golgi, una stazione di smistamento centrale nelle vie di traffico di membrana. Studiando il ruolo dei fosfoinositidi, abbiamo stabilito un legame tra la GTPasi ARF e la regolazione del metabolismo dei fosfoinositidi identificando una specifica isoforma PI4 kinasi come un nuovo effettore ARF. Tra gli effettori dei fosfoinositidi che abbiamo identificato al Golgi abbiamo dimostrato che le proteine FAPP sono coinvolte nel traffico da Golgi a membrana plasmatica e nella sintesi dei glicosingolipidi al Golgi grazie al trasporto non vescicolare di glucosilceramide operato da FAPP2.

I siti di contatto di membrana (MCS) sono aree di stretta apposizione tra le membrane di due organelli. Gli MCS coinvolgono più frequentemente il reticolo endoplasmatico (ER) e un altro organello come i mitocondri o il Golgi. Recentemente, abbiamo stabilito un nuovo approccio FRET che ci ha permesso di identificare i determinanti molecolari che accoppiano lo scambio di lipidi e l'uscita del carico con il mantenimento dei MCS ER-Golgi. Così facendo abbiamo identificato non solo le proteine di tethering come VAPs e ORP10, ma anche che FAPP1 regola i livelli di PI4P a ER-Golgi MCSs e influenza i livelli di specifiche proteine secrete come ApoB100.
Una delle missioni del nostro gruppo è quella di applicare la nostra conoscenza del traffico di membrana per comprendere la patogenesi cellulare e molecolare dei disturbi mendeliani che derivano da difetti del traffico di membrana, così come l'identificazione di candidati bersaglio per i farmaci. La sindrome oculocerebrorenale di Lowe (OCRL), o sindrome di Lowe, è una rara malattia genetica X-linked causata da mutazioni nel gene ocrl1 che è caratterizzata da cataratta congenita, sindrome di Fanconi renale (proteinuria a basso peso molecolare, acidosi tubulare) e ritardo mentale. OCRL1 è una 5-fosfatasi PI(4,5)P2, e abbiamo dimostrato che la sua attività è richiesta per diverse vie di traffico che intersecano gli endosomi precoci, compresa quella della megalina, che controlla il riassorbimento delle proteine nelle cellule tubulari prossimali del rene. OCRL non funzionale causa la deregolazione dell'assemblaggio dell'actina e l'accumulo di PI(4,5)P2 negli endosomi precoci, inibendo la fusione autofagosoma-lisosoma. Abbiamo vagliato librerie di piccole molecole alla ricerca di correttori dei fenotipi cellulari indotti dalla perdita di OCRL e attualmente stiamo testando questi correttori in modelli animali per la sindrome di Lowe.
La sclerosi laterale amiotrofica 8 (SLA8) appartiene a un gruppo eterogeneo di disturbi neurodegenerativi progressivi caratterizzati dalla morte dei motoneuroni. La SLA8 è causata da mutazioni in VAPB, una proteina che agisce in più siti di contatto, compresi gli MCS ER-Golgi. Abbiamo scoperto che una deplezione di VAPB provoca un aumento di PI4P localizzato nel Golgi e nelle vescicole acide associato a una ridotta estensione dei neuriti in una linea cellulare di motoneuroni differenziati, che può essere salvata depauperando i livelli di PI4P.
Replicazione/propagazione virale e traffico di membrana. SARS-CoV-2 e altri coronavirus condividono meccanismi comuni per riorganizzare ampiamente le membrane cellulari in organelli di replicazione per la sintesi dell'RNA, e l'RNA virale e le proteine successivamente assemblano i virioni che seguono il percorso secretorio per l'uscita cellulare. Stiamo usando la nostra lunga esperienza nel campo del traffico di membrana per capire i meccanismi alla base di questi fenomeni e per identificare potenziali piste per ampi agenti antivirali.

L’importo “Totale Fondi” indicato per questo progetto rappresenta la quota del finanziamento di Fondazione Telethon alla ricerca dell’istituto Tigem da gennaio 2022 fino all’ultimo anno di bilancio, calcolata in base alle dimensioni del gruppo di ricerca.