LA RICERCA

La prima mutazione patogena del DNA mitocondriale umano è stata identificata nel 1988. Negli ultimi 20 anni, la ricerca sulle malattie mitocondriali ha avuto uno sviluppo molto rapido ed è in continua evoluzione. A tutt'oggi sono state descritte centinaia di mutazioni patogene del DNA mitocondriale. Il completamento del progetto genoma umano è stato inoltre di grande aiuto nell'identificazione di geni nucleari le cui mutazioni causano malattie mitocondriali. Durante questi anni, ricercatori "di base" e ricercatori "clinici" si sono uniti a formare una vera e propria "task-force" per chiarire molti aspetti ancora oscuri della biologia e della patologia dei mitocondri. In Europa esiste una rete di collaborazioni tra più di 50 laboratori di ricerca, tra cui il nostro, specializzati in diverse discipline, per chiarire i meccanismi molecolari, cellulari e fisiopatologici delle malattie mitocondriali con lo scopo di identificare terapie efficaci.

I nostri programmi di ricerca principali sono:

Grazie ad un'intensa attività di ricerca, il nostro Centro ha identificato numerose patologie caratterizzate da alterazioni quantitative e qualitative del DNA mitocondriale causate da mutazioni in geni nucleari specifici. Grazie a sforzi collaborativi Nazionali ed Europei, sono stati identificati numerosi geni malattia responsabili di alterazioni del DNA mitocondriale. Il nostro Centro ha inoltre identificato mutazioni in Surf1, il gene responsabile della sindrome di Leigh, una grave patologia neurodegenerativa dell'infanzia, associata al difetto specifico di citocromo c ossidasi (o complesso IV della catena respiratoria).
Numerosi studi sono in corso allo scopo di identificare e caratterizzare nuovi geni nucleari responsabili di diverse patologie mitocondriali pediatriche. Nel corso del 2009 abbiamo identificato il primo fattore di assemblaggio del complesso II della catena respiratoria mitocondriale, chiamato SDHAF1. Mutazioni nel gene che codifica questa proteina sono responsabili di una leucoencefalopatia infantile rapidamente progressiva associata ad un difetto biochimico del complesso II.
Qualche anno fa, il nostro centro ha identificato il gene ETHE1, quale responsabile di una grave malattia metabolica infantile, l'Encefalopatia Etilmalonica, che colpisce il cervello, il tratto gastrointestinale e i piccoli vasi sanguigni. Abbiamo recentemente chiarito il meccanismo patogenetico della malattia, che risiede in un difetto nel catabolismo dello zolfo inorganico a livello mitocondriale. Tale difetto determina un accumulo in vari tessuti di acido solfidrico (H2S), una sostanza gassosa in grado di inibire l'attività della COX e di altri enzimi del metabolismo energetico. Aver chiarito il meccanismo patogenetico della malattia ci ha permesso di cominciare negli animali, e in via preliminare in alcuni pazienti, interventi terapeutici mirati a ridurre la produzione o a tamponare l'accumulo di H2S.
Siamo inoltre impegnati a sviluppare test molecolari rapidi ed efficienti per implementare la diagnostica delle patologie di interesse, mediante l'uso di una serie di piattaforme di screening mutazionale ad alta efficienza. L'obiettivo, che fa parte di una collaborazione trans-nazionale con altri centri affini al nostro, è di ridurre sostanzialmente il gap diagnostico e offrire ai pazienti l'analisi esaustiva del proteoma mitocondriale. Analogamente, sul versante dell'analisi biochimica stiamo valutando sistemi su microscala che, ad es. su cellule in coltura, forniscano non solo il profilo biochimico della catena respiratoria, ma siano in grado di valutare le conseguenze metaboliche di eventuali deficit.
Sul versante delle terapie sperimentali stiamo orientando una parte rilevante della nostra attività verso la ricerca e la valutazione di approcci terapeutici efficaci nelle patologie della catena respiratoria. Questa iniziativa è ora possibile grazie allo sviluppo di numerosi modelli animali e cellulari ad hoc. Una serie di recenti osservazioni, in parte nostre, in parte effettuate in collaborazione con noi, o da gruppi di ricerca con cui siamo in contatto, ha aperto nuove possibilità terapeutiche per le malattie mitocondriali, sia sul versante farmacologico, che per quanto riguarda la terapia genica o cellulare e quella riabilitativa.

Allestimento banca di DNA.

Fibroblasti in coltura e modelli cellulari sperimentali.

Analisi mutazionale mediante DHPLC.

Crioconservazione del materiale biologico.