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Astronomia

Il lampo gamma così potente da perturbare l’alta ionosfera

By ScientifiCult 14 Novembre 2023

IL LAMPO GAMMA COSÌ POTENTE DA PERTURBARE L’ALTA IONOSFERA

Rivelata per la prima volta una forte perturbazione della parte più alta della ionosfera terrestre generata da un lampo di raggi gamma, grazie ai dati del satellite INTEGRAL dell’Agenzia Spaziale Europea e del sino-italiano CSES-01. I risultati dello studio, guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, l’Agenzia Spaziale Italiana e diverse università italiane, sono pubblicati su Nature Communications.

Illustrazione del lampo di raggi gamma che ha colpito la Terra il 9 ottobre 2022, è stato rivelato dal satellite ESA INTEGRAL e ha prodotto una forte perturbazione della parte più alta della ionosfera terrestre, registrata dal satellite CSES (CNSA-ASI). Crediti: ESA/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO

Il 9 ottobre 2022, 15:21 ora italiana, molti satelliti in orbita attorno alla Terra e nello spazio interplanetario hanno registrato il più forte lampo di raggi gamma (in inglese gamma-ray burst, o GRB) mai osservato. Tra questi, anche il satellite INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha rivelato un flusso di raggi gamma estremamente intenso e di lunga durata. Contemporaneamente, il satellite CSES-01 (China Seismo-Electromagnetic Satellite), una collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e quella cinese (CNSA), ha registrato una perturbazione macroscopica del campo elettrico nella parte superiore della ionosfera, lo strato più alto e tenue dell’atmosfera terrestre, dovuta a un’improvvisa, forte corrente. Un effetto del genere non era mai stato osservato in questo strato dell’atmosfera.

Simili perturbazioni nella ionosfera sono solitamente associate a eventi energetici legati all’attività del Sole, ma in questo caso la coincidenza con l’arrivo del lampo gamma indica che l’origine è da ricercarsi molto più lontano, nell’esplosione di una stella a quasi due miliardi di anni luce di distanza. I risultati dell’analisi, condotta da un team multidisciplinare a guida italiana che è riuscito a sintetizzare dati da due discipline molto diverse – l’astronomia a raggi gamma e la ricerca delle interazioni tra Sole, Terra e cosmo – sono pubblicati su Nature Communications.

“Siamo stati fortunati perché, al momento dell’arrivo del lampo, il satellite CSES si trovava dalla parte del pianeta colpita dall’enorme flusso di raggi gamma” dice Mirko Piersanti, ricercatore dell’Università dell’Aquila e associato all’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), primo autore dell’articolo, che ha lavorato alla ricerca insieme a Pietro Ubertini dell’INAF, principal investigator dello strumento IBIS a bordo di INTEGRAL. “È stato eccitante scoprire l’effetto registrato a bordo di CSES pochi istanti dopo l’arrivo del GRB registrato da INTEGRAL. Era la prova che la ionosfera terrestre era stata ionizzata in modo così intenso da raggi gamma di alta energia, da generare una variazione della conducibilità tale da produrre variazioni del campo elettrico ionosferico.”

Il lampo gamma del 9 ottobre 2022 è stato il più luminoso mai rivelato sinora: il secondo in ordine di intensità è dieci volte meno luminoso. Lo studio indica come eventi cosmici dovuti a raggi gamma di estrema intensità possano avere una forte influenza nell’equilibrio della composizione della ionosfera. Il lampo gamma, generato in una galassia lontana, una volta arrivato sulla Terra aveva ancora abbastanza energia da perturbare la nostra atmosfera in modo molto marcato, “spostando” sostanzialmente la ionosfera verso il basso per tutta la sua durata. Un effetto simile si registra durante brillamenti solari di forte intensità che provocano veri e propri black-out radio.

“È sorprendente come fenomeni che avvengono nello spazio profondo riescano a produrre conseguenze così significative sul nostro pianeta”, nota Piergiorgio Picozza dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), responsabile della collaborazione CSES-Limadou.

Statisticamente, un lampo di raggi gamma così intenso colpisce la Terra ogni diecimila anni. Se fosse stato generato da un’esplosione simile nella nostra galassia, anziché – come in questo caso – in una galassia a quasi due miliardi di anni luce, avrebbe potuto avere conseguenze molto serie per il nostro pianeta, mettendo in pericolo la sopravvivenza della biosfera terrestre. Il dibattito scientifico sulle possibili conseguenze di un ipotetico GRB proveniente dalla Via Lattea, potenzialmente miliardi di volte più intenso di questo, prevede, nel peggiore dei casi, un’alterazione dello strato di ozono atmosferico che protegge la biosfera dalle radiazioni ultraviolette prodotte dal Sole. È stata anche avanzata l’ipotesi che un simile effetto possa aver causato alcune delle estinzioni di massa avvenute in passato sulla Terra.

L’interazione del GRB con la ionosfera è durata più di 800 secondi (quasi un quarto d’ora) ed è stata così intensa da attivare i rivelatori di fulmini in India. In Germania, strumenti a terra hanno registrato per ore disturbi della trasmissione radio ionosferica. Conoscendo bene gli effetti che lampi di luce solare provocano nella ionosfera, i ricercatori italiani della collaborazione CSES hanno subito capito che un GRB straordinariamente intenso come quello del 9 ottobre 2022 poteva avere avuto un impatto profondo sulla parte alta dell’atmosfera. In passato, tuttavia, solo alcuni GRB erano stati in grado di generare variazioni significative sulla ionosfera, ma solo a basse quote e di notte, quando il contributo legato all’illuminazione solare non è presente. Non era mai stato osservato l’effetto di un GRB all’altezza dell’alta atmosfera dove orbita CSES-01.

“Questo risultato avvalora la scelta dell’ASI di sostenere fin dal 2016 un team multidisciplinare per l’analisi dei dati CSES, che include astrofisici, geofisici, fisici delle particelle, fisici dell’atmosfera ed esperti di space weather”, racconta Simona Zoffoli dell’Unità Osservazione della Terra dell’Agenzia Spaziale Italiana. “La contaminazione tra diverse competenze è preziosa e ha permesso di utilizzare i dati di CSES per obiettivi nuovi inizialmente non previsti”.

La ionosfera, tra 50 e 950 km di altitudine, è uno strato fondamentale per la propagazione delle onde radio, senza la quale non si potrebbero effettuare trasmissioni radio di bassa frequenza attorno al pianeta. La sua densità è però così bassa che i satelliti riescono a orbitare al suo interno. Uno di questi satelliti è proprio CSES-01, che monitora l’alta ionosfera (oltre 350 km di altitudine) e la magnetosfera per rivelare perturbazioni collegabili a fenomeni naturali sia di origine terrestre, come terremoti, tsunami o eruzioni vulcaniche, sia di origine esterna come le perturbazioni dovute a tempeste solari.

Tra gli strumenti a bordo del satellite CSES-01, un rivelatore di particelle (High Energetic Particle Detector) è stato realizzato in collaborazione tra ASI e INFN, e un rivelatore di campo elettrico (Electric Field Detector) è stato sviluppato in collaborazione tra ASI, INAF e INFN. Completano l’equipaggiamento scientifico una serie di rivelatori, tra cui quelli di campo magnetico e delle proprietà del plasma, realizzati da ricercatori cinesi. I dati di tutti gli strumenti sono archiviati e messi a disposizione della comunità scientifica presso il centro ASI SSDC. È stata proprio la straordinaria sensibilità dello strumento di campo elettrico che ha permesso di osservare per la prima volta questo effetto. Dopo questa scoperta, il team della collaborazione CSES ha iniziato ad analizzare sistematicamente tutti i dati del rivelatore di campo elettrico registrati in coincidenza con i GRB a partire dal lancio del satellite, nel 2018.

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “First Evidence of Earth’s top-side ionospheric electric field variation triggered by impulsive cosmic photons”, di Mirko Piersanti, Pietro Ubertini, Roberto Battiston, Angela Bazzano, Giulia D’Angelo, James G. Rodi, Piero Diego, Roberto Ammendola, Davide Badoni, Simona Bartocci, Stefania Beolè, Igor Bertello, William J. Burger, Donatella Campana, Antonio Cicone, Piero Cipollone, Silvia Coli, Livio Conti, Andrea Contin, Marco Cristoforetti, Fabrizio De Angelis, Cinzia De Donato, Cristian De Santis, Andrea Di Luca, Emiliano Fiorenza, Francesco M. Follega, Giuseppe Gebbia, Roberto Iuppa, Alessandro Lega, Marco Lolli, Bruno Martino, Matteo Martucci, Giuseppe Masciantonio, Matteo Mergè, Marco Mese, Alfredo Morbidini, Coralie Neubüser, Francesco Nozzoli, Fabrizio Nuccilli, Alberto Oliva, Giuseppe Osteria, Francesco Palma, Federico Palmonari, Beatrice Panico, Emanuele Papini, Alexandra Parmentier, Stefania Perciballi, Francesco Perfetto, Alessio Perinelli, Piergiorgio Picozza, Michele Pozzato, Gianmaria Rebustini, Dario Recchiuti, Ester Ricci, Marco Ricci, Sergio B. Ricciarini, Andrea Russi, Zuleika Sahnoun, Umberto Savino, Valentina Scotti, Alessandro Sotgiu, Roberta Sparvoli, Silvia Tofani, Nello Vertolli, Veronica Vilona, Vincenzo Vitale, Ugo Zannoni, Simona Zoffoli, e Paolo Zuccon, è stato pubblicato online sulla rivista Nature Communications.

Testo e immagine dagli Uffici Stampa INAF, ASI, INFN

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Medicina

Nasce ASCETIC, l’algoritmo per ricostruire modelli di evoluzione tumorale

By ScientifiCult 3 Ottobre 2023

Nasce ASCETIC, l’algoritmo per ricostruire modelli di evoluzione tumorale

Grazie a questo nuovo sistema di analisi, basato sulle “firme evolutive” che caratterizzano i tumori, sarà possibile migliorare le nostre capacità di prevedere come questi evolveranno. La ricerca di Milano-Bicocca è appena stata pubblicata su Nature Communications.

Simulare l’attività cerebrale con l’intelligenza artificiale ASCETIC algoritmo evoluzione tumorale — Nasce ASCETIC, l’algoritmo per ricostruire modelli di evoluzione tumorale. Immagine di Ahmed Gad

Milano, 3 ottobre 2023 – Migliorare la nostra capacità di prevedere come evolverà un tumore, superando le limitazioni delle analisi che considerano solo le singole mutazioni genetiche. Questo è l’obiettivo possibile grazie al nuovo metodo chiamato ASCETIC (Agony-baSed Cancer EvoluTion InferenCe), sviluppato da Milano-Bicocca, capace di ricostruire modelli di evoluzione tumorale per ciascun paziente e successivamente identificare modelli evolutivi che si ripetono in diversi pazienti.

Il metodo, illustrato nell’articolo “Evolutionary signatures of human cancers revealed via genomic analysis of over 35,000 patients”, appena pubblicato sulla rivista Nature Communications, è stato sviluppato da un gruppo multidisciplinare guidato da Daniele Ramazzotti, docente di informatica presso il Dipartimento di Medicina e Chirurgia dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca, in collaborazione con Alex Graudenzi (Dipartimento di informatica), Luca Mologni (Dipartimento di Medicina e chirurgia) e le ricercatrici Diletta Fontana, Ilaria Crespiatico e Valentina Crippa, per le attività di valutazione e validazione dei risultati.

In questo studio, ASCETIC è stato applicato a dati derivati da oltre 35.000 tumori, inclusi pazienti con diverse malattie del sangue, pazienti con tumore al polmone in fase precoce o avanzata e molti altri. Inoltre, è stata condotta una validazione dei risultati ottenuti su dataset indipendenti per garantirne l’affidabilità e la capacità di generalizzazione.

Il cancro è un processo evolutivo complesso che coinvolge grandi popolazioni di cellule nel corpo umano. Queste cellule subiscono mutazioni genetiche e modificazioni epigenetiche, alcune delle quali possono conferire un vantaggio alle cellule tumorali. Questo vantaggio può tradursi in una maggiore capacità di proliferazione e sopravvivenza delle cellule cancerogene, che alla fine può portare all’invasione dei tessuti circostanti e alla formazione di metastasi. Tuttavia, non tutte le mutazioni contribuiscono al processo di sviluppo della malattia. Infatti, solo una piccola frazione di esse, chiamate “mutazioni driver”, svolge un ruolo funzionale, mentre la maggior parte delle mutazioni sono neutrali, dette “mutazioni passenger”.

ASCETIC si basa sull’osservazione che, nella maggior parte dei casi, l’accumulo di mutazioni passenger durante la progressione del cancro segue una dinamica casuale. Tuttavia, per le mutazioni driver, che sono responsabili della progressione del tumore, l’evoluzione può portare ad un ordine coerente osservato in pazienti diversi.

ASCETIC affronta questo problema complesso suddividendolo in tre passaggi chiave. Inizialmente, sfrutta modelli di evoluzione per stabilire un ordine tra le mutazioni genetiche driver nei singoli pazienti, consentendoci di comprendere la sequenza in cui queste mutazioni si sono verificate nel corso della storia evolutiva degli specifici tumori. In seguito, utilizzando approcci di intelligenza artificiale, individua il modello più adatto per spiegare tutte le singole evoluzioni, offrendoci una mappa di come il cancro si sviluppa globalmente per un particolare tipo di tumore. Infine, categorizza i pazienti in base alle loro evoluzione e verifica se questi gruppi presentano curve di sopravvivenza differenti.

Grazie alla crescente disponibilità di dati biologici provenienti da esperimenti di sequenziamento genetico su pazienti affetti da cancro e ai progressi nel campo della scienza dei dati e dell’intelligenza artificiale, siamo ora in grado di valutare la presenza di specifici modelli evolutivi per i diversi tipi di cancro. Questi modelli, che possiamo definire come “firme evolutive”, rappresentano i percorsi preferenziali di acquisizione di mutazioni driver, cioè quelle funzionali, durante l’evoluzione del cancro e possono essere ricorrenti in pazienti con prognosi simile.

«Nonostante questo studio non sia definitivo – conclude Ramazzotti – esso rappresenta un passo significativo verso la creazione di un “catalogo” di firme evolutive del cancro, che potrebbe aiutare a comprendere meglio la complessa natura del tumore e a migliorare le previsioni sulla sua progressione e prognosi. Infatti, essere in grado di classificare i pazienti affetti da cancro in base alla loro evoluzione molecolare potrebbe consentire la previsione dei futuri passi nella progressione della malattia e di conseguenza l’attuazione di trattamenti ottimali e personalizzati.»

Testo dall’Ufficio Stampa dell’Università di Milano-Bicocca

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Chimica

Linee guida per misurare e valutare l’efficacia filtrante dei materiali

By ScientifiCult 6 Settembre 2023

Verso un’aria più salubre: nello studio del Politecnico di Torino le linee guida per misurare e valutare l’efficacia filtrante dei materiali

Pubblicato sulla rivista Nature Communications lo studio del professor Paolo Tronville e del ricercatore Vincenzo Gentile del Politecnico di Torino e del ricercatore Jesus Marval della National Physical Laboratory, Regno Unito.

Torino, 6 settembre 2023

La pandemia da COVID-19 ha evidenziato l’importanza della filtrazione e dell’utilizzo di materiali fibrosi con fibre fini per purificare efficacemente l’aria rimuovendo le particelle sospese in aria con dimensioni inferiori al micrometro. La maggior parte di ciò che respiriamo nell’aria è infatti composta principalmente da particelle più piccole di 1 μm, specialmente nelle aree urbane.

trombosi COVID-19 vaccinazione sesso stile vita Linee guida per misurare e valutare l’efficacia filtrante dei materiali — Dopo la pandemia è emersa la necessità di linee guida per misurare e valutare l’efficacia filtrante dei materiali. Foto di PIRO4D

I filtri con materiale fibroso di tessuto-non-tessuto consentono di catturare le particelle pericolose per la salute umana ma, per risultare efficaci, richiedono fibre fini; di conseguenza la ricerca si sta concentrando principalmente sullo sviluppo di nuove tecnologie e materiali capaci di catturare efficacemente particelle e bioaerosol con tali dimensioni.

Nell’articolo dal titolo “Guidelines for measuring and reporting particle removal efficiency in fibrous media”, firmato dal professor Paolo Tronville e dal ricercatore Vincenzo Gentile del Dipartimento Energia (DENERG) del Politecnico di Torino e dal ricercatore Jesus Marval della National Physical Laboratory, Regno Unito e pubblicato sulla rivista Nature Communications – doi.org/10.1038/s41467-023-41154-4, vengono illustrate, utilizzando concetti di “Tecnologia degli Aerosol” spesso trascurati negli studi interdisciplinari, le metodologie e gli strumenti da adottare per effettuare la misura di efficienza di rimozione particellare dei materiali filtranti. Una misura, questa, essenziale per arrivare a produrre materiali performanti con cui costruire elementi filtranti in grado di contribuire a proteggere efficacemente la salute umana.

La ricerca include inoltre indicazioni sulle migliori pratiche per la misura di efficienza e la sua documentazione, in modo da garantire la possibilità di effettuare attendibili valutazioni e comparazioni dei nuovi materiali e delle tecnologie di filtrazione degli aerosol.

Le potenzialità delle possibili applicazioni dello studio sono ampie e spaziano dalla progettazione di materiali filtranti per molteplici utilizzi che richiedono elevate efficienze (come, ad esempio, i dispositivi di protezione individuale per le vie respiratorie), alla creazione di sistemi di purificazione dell’aria più avanzati per ambienti interni e allo sviluppo di componenti per gli impianti industriali, in modo da migliorare la qualità dell’aria nell’ambiente di lavoro.

Per quanto riguarda i possibili sviluppi dell’analisi, sarà importante arrivare a definire normative globali con cui misurare in modo accurato e ripetibile le concentrazioni di particelle in atmosfera con dimensioni inferiori a 1 μm e 100 nm. Inoltre, anche le misure sui materiali filtranti potrebbero essere standardizzate per consentire una comparazione facile ed immediata di nuovi prodotti e tecnologie.

Fondamentale risulterebbe infine, nel futuro, riuscire a modellare in modo accurato i meccanismi di cattura delle particelle ultrafini e comprendere, in maniera esaustiva, le ragioni per cui le cariche elettrostatiche sulle fibre vengono inibite dal deposito di particelle dell’ordine delle decine di nanometri.

“Questo lavoro – commenta il professor Paolo Tronville – fornisce una base solida di partenza per prossime ricerche e sviluppi nell’ambito della filtrazione delle particelle disperse in aria, contribuendo così a garantire ambienti esterni ed interni più salubri”.

Testo dall’Ufficio Web e Stampa Politecnico di Torino.

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Biologia

Onde luminose per trasmettere luce laser attraverso tessuti tumorali

By ScientifiCult 8 Agosto 2023

Tsunami di luce contro il cancro: grazie alle onde luminose estreme sarà possibile concentrare energia in modo preciso e non-invasivo in tessuti tumorali profondi. Questa la scoperta di un gruppo di ricerca formato da Sapienza Università di Roma, Istituto dei Sistemi Complessi del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Università Cattolica del Sacro Cuore e Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS, che è riuscito nella trasmissione di luce laser di intensità estrema attraverso tumori millimetrici. Il risultato, pubblicato su Nature Communications, apre importanti prospettive per nuove tecniche di fototerapia per il trattamento del cancro.

Onde luminose per trasmettere luce laser attraverso tessuti tumorali — Onde luminose estreme possono essere sfruttate per trasmettere luce laser intensa e concentrata attraverso campioni di tessuti tumorali

La luce laser ha potenzialità enormi per lo studio ed il trattamento dei tumori.

Fasci laser in grado di penetrare in profondità in regioni tumorali sarebbero di importanza vitale per la fototerapia, un insieme di tecniche biomediche d’avanguardia che utilizzano luce visibile ed infrarossa per trattare cellule cancerose o per attivare farmaci e processi biochimici.

Tuttavia, la maggior parte dei tessuti biologici è otticamente opaca ed assorbe la radiazione incidente, e questo rappresenta il principale ostacolo ai trattamenti fototerapici. Trasmettere fasci di luce intensi e localizzati all’interno di strutture cellulari è quindi una delle sfide chiave per la biofotonica.

Un team di ricerca di fisici e biotecnologi, guidato da Davide Pierangeli per il Consiglio Nazionale delle Ricerche, Claudio Conti per la Sapienza Università di Roma, e Massimiliano Papi per l’Università Cattolica del Sacro Cuore e la Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS, ha scoperto che all’interno di strutture cellulari tumorali possono formarsi degli “tsunami ottici”, onde luminose di intensità estrema note in molti sistemi complessi, che possono essere sfruttate per trasmettere luce laser intensa e concentrata attraverso campioni tumorali tridimensionali di tumore pancreatico.

“Studiando la propagazione laser attraverso sferoidi tumorali – spiega Davide Pierangeli – ci siamo accorti che all’interno di un mare di debole luce trasmessa c’erano dei modi ottici di intensità estrema. Queste onde estreme rappresentano una sorgente super-intensa di luce laser di dimensioni micrometriche all’interno della struttura tumorale. Possono essere utilizzate per attivare e manipolare sostanze biochimiche”.

“Il nostro studio mostra come le onde estreme, che fino ad oggi erano rimaste inosservate in strutture biologiche, siano in grado di trasportare spontaneamente energia attraverso i tessuti – continua Claudio Conti – e possano essere sfruttate per nuove applicazioni biomediche.

“Con questo raggio laser estremo – conclude Massimiliano Papi – potremmo sondare e trattare in maniera non-invasiva una specifica regione di un organo. Abbiamo mostrato come tale luce può provocare aumenti di temperatura mirata che inducano la morte di cellule cancerose, e questo ha implicazioni importanti per le terapie fototermiche.”

Lo studio, pubblicato su Nature Communications, dimostra uno strumento totalmente nuovo nella cura al cancro.

Riferimenti:

Extreme transport of light in spheroids of tumor cells – Davide Pierangeli, Giordano Perini, Valentina Palmieri, Ivana Grecco, Ginevra Friggeri, Marco De Spirito, Massimiliano Papi, Eugenio DelRe, e Claudio Conti – Nature Communications (2023) https://doi.org/10.1038/s41467-023-40379-7

Testo e immagine dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Biologia

L’impollinazione: animale, “naturale” è meglio

By ScientifiCult 28 Luglio 2023

L’IMPOLLINAZIONE: ANIMALE, “NATURALE” È MEGLIO

Pubblicata su «Nature Communications» una ricerca dell’Università di Padova che dimostra che i frutti impollinati da animali hanno una qualità superiore del 23%.

Gli organismi impollinatori sono fondamentali per la riproduzione di molte specie di piante, incluse molte colture utilizzate nell’alimentazione umana, come frutta e verdura.

In ambienti temperati, gli impollinatori sono soprattutto insetti come api, farfalle, molti ditteri e alcuni coleotteri, mentre nelle regioni tropicali e subtropicali gli impollinatori includono anche uccelli, pipistrelli e alcuni mammiferi.

Negli ultimi decenni si sta assistendo a un declino globale della diversità e dell’abbondanza di molte specie di impollinatori e per questo motivo gli sforzi in ambito scientifico si sono concentrati sulla quantificazione dell’importanza di questi organismi in agricoltura, con la pubblicazione di numerosi studi sperimentali sul loro effetto su resa, stabilità della produzione e qualità delle colture.

Impollinazione animale naturale — L’impollinazione: animale, “naturale” è meglio: in foto, api. Foto di Elena Gazzea

La ricerca dal titolo Global meta-analysis shows reduced quality of food crops under inadequate animal pollination, appena pubblicato sulla rivista «Nature Communications» da Elena Gazzea e Lorenzo Marini del Dipartimento di Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse Naturali e Ambiente (DAFNAE) dell’Università di Padova si è posta l’obiettivo di quantificare, per la prima volta su scala globale, l’effetto degli impollinatori sulla qualità delle colture attraverso una meta-analisi, una tecnica statistica che permette la sintesi quantitativa della letteratura esistente su un tema.

I dati sono stati raccolti tramite una ricerca bibliografica sui principali database di pubblicazioni scientifiche: sono stati utilizzati i dati di 190 studi indipendenti condotti in 48 paesi del mondo e su 48 colture diverse. L’effetto dell’impollinazione animale è stato quantificato confrontando le differenze di qualità – forma, dimensione, aspetto, sapore e proprietà nutritive – dei frutti prodotti con e senza gli impollinatori.

Fragola. Difetti estetici di forma e dimensione derivanti da un’inadeguata impollinazione animale. Foto di Paolo Paolucci

I risultati indicano che l’impollinazione animale ha un ruolo fondamentale nel determinare la qualità delle produzioni agricole. I frutti impollinati da animali hanno in media una qualità migliore del 23%: ciò significa che quasi un quarto della qualità di un frutto dipende dalla presenza di animali impollinatori.

Questi ultimi influenzano positivamente soprattutto le caratteristiche organolettiche – come forma e dimensione – della frutta e della verdura e quelle legate alla loro durabilità dopo la raccolta, contribuendo invece in misura minore alle loro proprietà nutritive e al sapore. I benefici dell’impollinazione animale sulla qualità sono indipendenti dalle regioni geografiche e dalla specie di impollinatore. Le analisi dei dati hanno inoltre evidenziato segnali di impollinazione non ottimale, potenzialmente derivante dal declino degli impollinatori nei paesaggi agricoli, che potrebbe compromettere la qualità delle produzioni. Generalmente, però, l’utilizzo di impollinatori gestiti come l’ape mellifera, sia in campo che in colture protette, permette di mantenere la produzione di frutta e verdura della massima qualità.

Immagini esemplificative che mostrano come viene studiato l’effetto degli impollinatori sulla qualità delle colture negli esperimenti sintetizzati dalla ricerca. Da sinistra a destra: esclusione di impollinatori, impollinazione animale libera, impollinazione manuale. Foto di Elena Gazzea

«I risultati del nostro studio hanno delle implicazioni molto importanti per il settore agroalimentare – spiega Lorenzo Marini, autore dello studio –. La qualità dei prodotti alimentari non processati come frutta e verdura si basa su standard che sono legati soprattutto al loro aspetto estetico e alla loro durata di conservazione. La produzione di frutta e verdura che devia dalla normalità come conseguenza di un’impollinazione non ottimale ha delle ripercussioni su tutta la catena di produzione agricola, dal reddito degli agricoltori alla decisione del consumatore di acquistare o meno il prodotto».

La produzione di frutti imperfetti e poco durevoli, quindi, aumenta lo spreco di alimenti ricchi di sostanze nutritive e pesa sulla conversione di terre agricole che compensino la mancata produzione di qualità soddisfacente per il mercato agroalimentare.

«Il declino globale degli impollinatori minaccia non soltanto la resa e la sua stabilità spaziale e temporale, ma rischia anche di compromettere la qualità della produzione agricola. La relazione tra impollinazione animale e spreco alimentare è stata finora quasi ignorata dalle politiche agroalimentari, sebbene abbia delle importanti implicazioni economiche, sociali e ambientali, specialmente in un’epoca in cui c’è un consumo globale subottimale di alimenti ricchi di sostanze nutritive» spiega Elena Gazzea, prima autrice dello studio.

Lo studio ha infine rilevato delle lacune nella conoscenza scientifica attuale, evidenziando alcune opportunità di ricerca futura per comprendere meglio le relazioni tra impollinatori e produzione agroalimentare sostenibile.

Link alla ricerca: https://www.nature.com/articles/s41467-023-40231-y

Titolo: Global meta-analysis shows reduced quality of food crops under inadequate animal pollination – «Nature Communications» – 2023

Autori: Elena Gazzea, Péter Batáry & Lorenzo Marini

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università di Padova

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Genetica

Individuata strategia terapeutica per la malattia di Huntington?

By ScientifiCult 12 Luglio 2023

UNIVERSITÀ DI PADOVA: UNA NUOVA STRATEGIA TERAPEUTICA PER CONTRASTARE LA MALATTIA DI HUNTINGTON, PATOLOGIA NEURODEGENERATIVA DI ORIGINE GENETICA

Grazie al supporto di Telethon, il team di ricerca dell’Ateneo patavino guidato dal Professor Graziano Martello ha individuato alcuni geni chiave per proteggere le cellule in questa grave malattia neurodegenerativa.

All’Università di Padova è stata individuata una nuova potenziale strategia terapeutica per la malattia di Huntington, una grave patologia neurodegenerativa di origine genetica per la quale non esistono ancora terapie efficaci. È quanto emerge dallo studio “Genome-wide screening in pluripotent cells identifies Mtf1 as a suppressor of mutant huntingtin toxicity” appena pubblicato su Nature Communications dal gruppo di ricerca guidato dal Professor Graziano Martello del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, responsabile del Laboratorio di cellule staminali pluripotenti e finanziato dalle Fondazioni Telethon e Armenise-Harvard.

Al centro della foto Graziano Martello, a sinistra Sonia Amato e a destra Anna Gambetta strategia terapeutica malattia genetica Huntington — Al centro della foto Graziano Martello, a sinistra Sonia Amato e a destra Anna Gambetta

Alla base della malattia di Huntington c’è un difetto genetico che porta all’accumulo di una proteina chiamata huntingtina, che nel tempo si traduce nella morte progressiva delle cellule di specifiche zone del cervello. I sintomi iniziali possono essere bruschi mutamenti dell’umore, apatia e depressione, a cui si aggiungono disturbi progressivi dell’equilibrio e del coordinamento motorio. Il difetto genetico responsabile è noto da oltre 30 anni e, grazie al lavoro di ricercatori di tutto il mondo, sono stati chiariti numerosi aspetti del processo neurodegenerativo che ne consegue. Tuttavia, ad oggi, non disponiamo ancora di una terapia in grado di contrastarne i danni.

«Volendo usare un’analogia – spiega Graziano Martello – siamo come di fronte ai tornado: sappiamo come si formano e perché, ma non abbiamo gli strumenti per controllarne il comportamento ed evitare che causino distruzione. Traslando l’esempio su questa malattia ci siamo quindi concentrati sulla ricerca di nuovi bersagli terapeutici. Partendo dal concetto generale che tutte le nostre cellule hanno meccanismi di protezione contro diverse forme di stress, abbiamo polarizzato la nostra attenzione su alcuni geni per valutarne la funzione “protettiva” nei confronti della malattia di Huntington».

Utilizzando come modello della patologia cellule staminali cresciute in laboratorio, i ricercatori dell’Università di Padova hanno scandagliato l’intero patrimonio genetico umano alla ricerca di geni in grado di proteggere le cellule malate.

«Ne abbiamo identificato uno, chiamato Mtf1, che ha dimostrato questa capacità protettiva in diversi modelli di malattia di Huntington, quali il pesce zebra o il topo, nei quali era stata introdotta la stessa mutazione genetica responsabile della patologia nell’uomo – sottolineano Giorgia Ferlazzo, che ha dedicato il suo dottorato in Medicina Molecolare a questo progetto, e Anna Gambetta, ricercatrice e collaboratrice del professor Martello -. In entrambi i casi abbiamo visto che fornendo questo gene alle cellule, tramite vettori virali o le “istruzioni” genetiche sotto forma di RNA messaggero (mRNA), si otteneva un miglioramento o addirittura l’arresto dello sviluppo della malattia».

«Questi risultati positivi – commenta Sonia Amato, dottoranda in Neuroscienze e co-autrice dello studio – sono stati confermati anche in un modello “umano”, cioè in cellule neuronali malate ottenute a partire da cellule staminali umane ricavate da un campione donato da un paziente. Anche in questo caso Mtf1 si è dimostrato in grado di ridurre alcuni dei difetti caratteristici della malattia di Huntington: un risultato incoraggiante, che ci spinge a continuare su questa strada per sviluppare in futuro una nuova strategia terapeutica».

«La strada per arrivare a una terapia nei pazienti è però ancora molto lunga. Innanzitutto dovremo migliorare la modalità di somministrazione di questi geni terapeutici nell’uomo. Nei modelli animali abbiamo usato vettori virali o mRNA, ossia quegli strumenti diventati di uso comune per i vaccini contro il COVID-19 – conclude Graziano Martello –. Ora ci interessa capire se questi strumenti siano adeguati anche per la cura di malattie neurodegenerative. Abbiamo già brevettato la nostra scoperta e ora intendiamo fondare una start-up con la sola missione di trasformare queste scoperte scientifiche in un nuovo approccio terapeutico, colmando così il gap che esiste tra ricerca universitaria e sviluppo industriale».

Finanziato dalla Fondazione Telethon, lo studio ha visto la collaborazione di diverse università e centri di ricerca, italiani ed europei.

Link all’articolo: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39552-9

Titolo: “Genome-wide screening in pluripotent cells identifies Mtf1 as a suppressor of mutant huntingtin toxicity” – «Nature Communications» 2023

Autori: Giorgia Maria Ferlazzo, Anna Maria Gambetta, Sonia Amato, Noemi Cannizzaro, Silvia Angiolillo, Mattia Arboit, Linda Diamante, Elena Carbognin, Patrizia Romani, Federico La Torre, Elena Galimberti, Florian Pflug, Mirko Luoni, Serena Giannelli, Giuseppe Pepe, Luca Capocci, Alba Di Pardo, Paola Vanzani, Lucio Zennaro, Vania Broccoli, Martin Leeb, Enrico Moro, Vittorio Maglione & Graziano Martello

biomarcatori immunoterapia — Foto di Konstantin Kolosov

Testo e foto dagli Uffici Stampa dell’Università di Padova e Fondazione Telethon

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Psicologia e Neuroscienze

Formazione della memoria e sviluppo di comportamenti ansiosi: alla base un meccanismo comune

By ScientifiCult 9 Giugno 2023

Formazione della memoria e sviluppo di comportamenti ansiosi: alla base un meccanismo comune

Un nuovo studio coordinato dal Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia Vittorio Erspamer della Sapienza ha osservato i meccanismi con cui il sistema immunitario e il sistema nervoso centrale comunicano per regolare importanti funzioni cerebrali come l’apprendimento e i comportamenti ansiosi. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications, aprono nuovi scenari per la prevenzione o il trattamento di patologie come il morbo di Alzheimer, patologie psichiatriche o del neurosviluppo.

Un nuovo studio coordinato dal Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia Vittorio Erspamer della Sapienza ha indagato i meccanismi con cui il sistema immunitario e il sistema nervoso comunicano per regolare importanti funzioni cerebrali come l’apprendimento e come questa comunicazione sia importante per modulare i comportamenti ansiosi.

Utilizzando un modello sperimentale animale, il gruppo di ricerca guidato da Cristina Limatola ha scoperto che alcune popolazioni di cellule immunitarie risiedono stabilmente nelle meningi cerebrali (nello specifico sono stati caratterizzati i linfociti Natural Killer e le cellule linfoidi innate di tipo 1).

“Abbiamo visto – spiega Limatola – che l’eliminazione selettiva di queste popolazioni cellulari dalle meningi del topo, attraverso la somministrazione di specifici farmaci, modifica alcuni comportamenti legati alla formazione della memoria non spaziale e all’ansia. Abbiamo descritto i meccanismi responsabili di questi effetti, identificando due diverse vie di segnalazione: una mediata dall’interferone gamma e l’altra dall’acetilcolina. Queste due molecole mediano la comunicazione tra cellule neuronali e i livelli di alcuni neurotrasmettitori nel cervello. In particolare, l’interferone-γ è coinvolto nella formazione della memoria non spaziale, modulando la trasmissione di tipo inibitorio a livello della corteccia cerebrale, mentre l’acetilcolina regola i circuiti cerebrali coinvolti nell’ansia”.

I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista Nature Communications, aprono nuovi scenari nello studio delle vie di comunicazione tra sistema immunitario e sistema nervoso centrale. Ma non solo, una conoscenza approfondita dei meccanismi con cui si formano le memorie o si sviluppano comportamenti ansiosi è di fondamentale importanza per la prevenzione o il trattamento di patologie come il morbo di Alzheimer, patologie psichiatriche o del neurosviluppo.

Riferimenti:

Natural killer cells and innate lymphoid cells 1 tune anxiety and memory in mice via interferon-γ and acetylcholine – Stefano Garofalo, Germana Cocozza, Alessandro Mormino, Giovanni Bernardini, Eleonora Russo, Donald Ielpo, Diego Andolina, Rossella Ventura, Katiuscia Martinello, Massimiliano Renzi, Sergio Fucile, Mattia Laffranchi, Eva Piano Mortari, Rita Carsetti, Giuseppe Sciume, Silvano Sozzani, Angela Santoni, Marie-Ève Tremblay, Richard Ransohoff e Cristina Limatola – Nature Communications 2023

Formazione della memoria e sviluppo di comportamenti ansiosi: alla base un meccanismo comune. Foto di Sam Williams

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Biologia

Identificato nuovo meccanismo molecolare alla base delle forme più aggressive di tumore al seno

By ScientifiCult 11 Maggio 2023

TUMORE AL SENO: IDENTIFICATO UN NUOVO MECCANISMO MOLECOLARE ALLA BASE DELLE FORME PIÙ AGGRESSIVE

Pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature Communications i risultati di una ricerca coordinata da Università di Torino, Università Statale di Milano, Istituto Europeo di Oncologia (IEO) e sostenuta da Fondazione AIRC. Il meccanismo molecolare riguarda la proteina p140Cap che inibisce a monte l’attività della beta-Catenina, una potente proteina coinvolta nella crescita tumorale.

Milano – Torino, 11 maggio 2023. Una nuova chiave di lettura per comprendere i tumori della mammella più aggressivi nasce dagli studi condotti in collaborazione tra due gruppi di scienziati di Milano e Torino. Hanno coordinato la ricerca la professoressa Paola Defilippi, ordinario di Biologia applicata e Responsabile del Laboratorio di ricerca “Piattaforme di segnalazione nei tumori” presso il Dipartimento di Biotecnologie Molecolari e Scienze per la Salute dell’Università di Torino, e il professor Salvatore Pece, ordinario di Patologia generale all’Università Statale di Milano e Direttore del Laboratorio “Tumori Ormono-Dipendenti e Patobiologia delle Cellule Staminali” dell’Istituto Europeo di Oncologia (IEO). I risultati dello studio, sostenuto da Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro, sono appena stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

La ricerca ha portato alla scoperta di un meccanismo molecolare con cui i tumori mammari si arricchiscono in cellule staminali tumorali. A loro volta queste cellule, da un lato, funzionano da forza motrice della crescita della massa tumorale e, dall’altro lato, sopprimono la risposta immunitaria naturale che, a livello del microambiente circostante il tumore, dovrebbe invece contrastare la crescita del cancro.

All’origine dell’intero processo c’è verosimilmente p140Cap, una proteina in grado di inibire la crescita tumorale. La sua assenza, che caratterizza almeno il 40-50% di tutti i casi di tumori mammari umani, determina una cascata di eventi che portano all’attivazione incontrollata del gene responsabile della sintesi di beta-Catenina, una potente proteina coinvolta nella crescita tumorale. Una volta attivata, la beta-Catenina provoca l’espansione del compartimento delle cellule staminali tumorali. A loro volta queste cellule rilasciano citochine anti-infiammatorie, inibendo così direttamente la risposta immunitaria anti-tumorale e creando un ambiente favorevole all’ulteriore crescita del tumore.

“Dunque p140Cap – sottolinea la professoressa Paola Defilippi – si comporta come una specie di interruttore molecolare che, tramite l’inibizione di beta-Catenina e la conseguente riduzione del compartimento delle cellule staminali tumorali, esercita una duplice funzione anti-tumorale: inibisce l’espansione della massa tumorale e sostiene una efficiente risposta immunitaria anti-tumorale nel microambiente circostante”.

“Attraverso studi clinici retrospettivi in coorti di pazienti – continua il professor Salvatore Pece – abbiamo dimostrato una chiara correlazione tra bassi livelli della proteina p140Cap nei tumori mammari più aggressivi e ridotta presenza di cellule del sistema immunitario, in particolare linfociti, nelle aree circostanti il tumore. Questi dati suggeriscono che p140Cap potrebbe essere utilizzato come un utile biomarcatore nella pratica clinica, per identificare i tumori mammari con alterazioni della risposta immunitaria anti-tumorale”.

Spiega Vincenzo Salemme, ricercatore del Dipartimento di Biotecnologie Molecolari e Scienze per la Salute dell’Università di Torino e primo autore dell’articolo:

“Il meccanismo molecolare con cui p140Cap inibisce a monte l’attività della beta-Catenina dipende dal fatto che la prima proteina è parte di un complesso macchinario multi-proteico deputato a distruggere la stessa beta-Catenina, che così non si accumula eccessivamente all’interno della cellula. In assenza di p140Cap questa funzione è alterata, come accade in alcuni tumori mammari, dove aumentano di conseguenza sia i livelli di beta-Catenina, sia la sua azione capace di influire sull’espansione delle cellule staminali tumorali”.

Continua la professoressa Paola Defilippi: “Nel corso degli ultimi anni è emerso in modo chiaro che tra i principali responsabili all’origine della formazione e della continua crescita dei tumori ci sono le cellule staminali tumorali. Si tratta di cellule dotate di capacità illimitata di auto-rinnovamento e in grado di sostenere nel tempo la crescita della massa tumorale. In nostri precedenti studi avevamo già messo in luce il ruolo inibitore di p140Cap sulla crescita tumorale e stabilito che la perdita di questa proteina è legata a una maggiore aggressività biologica e a un decorso clinico più sfavorevole di alcuni tipi di tumori mammari. Non avevamo però ancora una completa comprensione del meccanismo d’azione specifico e della varietà di conseguenze funzionali legate alla perdita di p140Cap sulla crescita tumorale. Ora, attraverso questi studi sappiamo che questa funzione dipende da un’azione diretta di p140Cap sull’attività di beta-Catenina. Inoltre, grazie ai risultati ottenuti sia in topi di laboratorio con tumore mammario, sia in campioni ottenuti da pazienti, abbiamo compreso che la presenza di p140Cap è fondamentale. Infatti questa proteina, inibendo le cellule staminali tumorali, da un lato blocca direttamente la crescita del tumore e dall’altro lato permette una efficiente risposta immune anti-tumorale nel microambiente circostante il tumore stesso”.

“Sappiamo inoltre – aggiunge la professoressa Defilippi – che possiamo inibire l’azione tumorigenica delle cellule staminali tumorali e, al contempo, ripristinare una efficiente risposta immunitaria anti-tumorale nei tessuti circostanti la neoplasia. Ciò è possibile simulando la funzione di p140Cap all’interno del macchinario di distruzione della beta-Catenina, attraverso l’utilizzo di farmaci al momento disponibili solo per uso sperimentale”.

“I risultati dei nostri studi – sottolinea il professor Pece – si collocano nella prospettiva di alcuni tra i più importanti concetti emersi nella ricerca oncologica degli ultimi anni, nel tentativo di spiegare l’aggressività biologica e clinica dei tumori, in particolare di quelli mammari. Sappiamo oggi che i tumori più aggressivi e con decorso clinico più sfavorevole sono quelli arricchiti in cellule staminali tumorali, oppure quelli in grado di sfuggire alla risposta immunitaria naturale, rendendo inefficienti i meccanismi di barriera anti-tumorale esercitati dalle cellule del sistema immunitario. La nostra scoperta, dell’esistenza di un nuovo circuito molecolare p140Cap/beta-Catenina, apre a una prospettiva concreta per la stratificazione a fini terapeutici delle pazienti con tumore mammario che hanno perduto p140Cap. Tale perdita è infatti alla base dell’acquisizione contemporanea di entrambe queste caratteristiche aggressive della biologia dei tumori mammari. Grazie a questi risultati le pazienti potrebbero beneficiare in futuro di nuove terapie per colpire le cellule staminali tumorali e ripristinare una efficiente risposta immunitaria contro il cancro. Terapie di questo tipo sono oggi l’obiettivo delle principali linee di ricerca per lo sviluppo di nuovi farmaci in oncologia”.

“Questo studio rappresenta per noi motivo di grande soddisfazione – conclude il professor Pece – non solo per la sua valenza scientifica ma anche perché dimostra l’importanza dello sforzo cooperativo tra gruppi di ricerca che fondono differenti competenze scientifiche e piattaforme tecnologiche per far avanzare la conoscenza della biologia dei tumori mammari e aprire nuove prospettive terapeutiche per le pazienti”.

tumore al seno meccanismo molecolare p140Cap beta-Catenina — Identificato nuovo meccanismo molecolare alla base delle forme più aggressive di tumore al seno. Foto di Pexels

Testo dall’Ufficio Stampa Area Relazioni Esterne e con i Media Università degli Studi di Torino

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Genetica

Identificata la causa della malattia genetica rara della piccola Bea nel gene ARHGAP36

By ScientifiCult 3 Maggio 2023

Identificata la causa della malattia genetica rara della piccola Bea nel gene ARHGAP36

La prestigiosa rivista Nature Communications ha pubblicato il lavoro internazionale che ha studiato la malattia rara relativa al caso della piccola Bea.

Nel 2010 Bea venne visitata nell’Ambulatorio di Genetica Clinica Pediatrica dell’Ospedale Infantile Regina Margherita di Torino perché presenta delle tumefazioni alle articolazioni. Le radiografie e la TAC rilevarono rapidamente una situazione molto particolare, una serie di “calcificazioni” che stavano progressivamente trasformando la cartilagine in osso. Bea era una bimba vivace ed intelligente, ma ben presto le articolazioni si bloccarono, rendendo impossibili i movimenti di braccia e gambe. Gli esami radiologici mostrarono un quadro sempre più grave: nessuno specialista aveva mai visto un caso come quello di Bea in tutto il mondo. La famiglia creò una Onlus, si adoperò per far conoscere il caso e la zia pubblicò #Leggera come una piuma – Il Mondo di Bea (Pathos edizioni) per far conoscere la malattia. I mezzi di comunicazione si interessarono al caso e Bea venne conosciuta da molte persone che accompagnarono la famiglia nel lungo percorso di malattia della bambina.

Dopo 13 anni e centinaia di esperimenti, un gruppo internazionale di ricercatori, coordinati dalla dott.ssa Elisa Giorgio ricercatrice dell’Università di Pavia e di Fondazione Mondino IRCCS, è riuscito ad identificare la causa della malattia di Bea, chiarendo come questa sia una malattia genetica non solo rarissima, ma semplicemente unica. La ricerca è iniziata attraverso la collaborazione tra i Pediatri che hanno inizialmente approfondito il quadro clinico (Prof. Giovanni Battista Ferrero, Prof.ssa Margherita Silengo, Università di Torino) ed il laboratorio di Genetica Medica e malattie rare del prof. Alfredo Brusco (Dipartimento di Scienze Mediche; Università di Torino; Città della Salute e della Scienza, Torino). Per capire il complesso meccanismo alla base della malattia è stata necessaria una collaborazione con diversi centri italiani (Dott. Marco Tartaglia, Ospedale Pediatrico Bambin Gesù, Roma; Prof. Massimo Delledonne, Università di Verona) ed esteri (Prof. Malte Spielmann, Università di Lubecca e Kiel, Germania).

Nella foto da sinistra: Palazzo del Lavoro (edificio coperto con il tricolore), Pala Vela (dietro al CTO), Ospedali CTO (grattacielo) e Regina Margherita (edificio ai piedi del CTO) e il Tetto di Torino Esposizioni (tetto ad arco tra gli alberi). Foto Flickr di Simone Graziano Panetto, CC BY 2.0

Inizialmente erano state approfondite le cause note di malattie genetiche associate alle calcificazioni ectopiche, quadri clinici caratterizzati da formazione di osso in tessuti normalmente non ossificati, come muscoli, tendini e legamenti. Questi disturbi sono solitamente causati da una mutazione genetica, come nella Fibrodisplasia ossificante progressiva (FOP), una rara malattia genetica in cui i muscoli e i tessuti molli vengono gradualmente sostituiti dalle ossa. La FOP è causata da una mutazione nel gene ACVR1, responsabile dell’informazione necessaria per formare tessuto osseo nei vari distretti scheletrici. Quando questo gene è mutato, invia un segnale anomalo a vari tessuti che progressivamente calcificano e si trasformano in osso

LA RICERCA

La malattia di Bea aveva molte similitudini con la FOP, ma si era presentata nelle prime settimane di vita con un’evoluzione molto rapida ed invalidante. Le analisi genetiche avevano da subito escluso questa malattia.

Nel frattempo il gruppo di ricerca aveva identificato, con una serie di approfondimenti, un’anomalia cromosomica unica, mai descritta in letteratura caratterizzata dalla presenza di un segmento del cromosoma 2 doppio, inserito sul cromosoma X della bambina.

Questa anomalia dei cromosomi, ovvero l’inserzione di una regione di un cromosoma su un altro, può portare a un’espressione genica alterata. Questi eventi sono rari, molto eterogenei tra loro, ed è assai complesso capirne le conseguenze biologiche. Solo negli ultimi anni la tecnologia ha messo a disposizione dei ricercatori degli approcci estremamente complessi per poter studiare queste anomalie cromosomiche.

L’attività di ricerca ha permesso di capire che il pezzo di cromosoma 2 in più conteneva delle regioni in grado di attivare i geni sul cromosoma X nei tessuti sbagliati. In particolare, si è dimostrato che il gene ARHGAP36 produce una proteina in quantità molto più elevate dell’atteso, ma soprattutto nel tessuto sbagliato, la cartilagine. Proprio questo gene induce la formazione si tessuto osseo dove non dovrebbe essere presente.

“Questo studio è la dimostrazione di come la collaborazione tra gruppi di ricerca con competenze diverse sia la chiave per ottenere successi scientifici” spiega la dott.ssa Giorgio. “La ricerca ha bisogno di tempo e si costruisce sulle conoscenze che a mano a mano gli scienziati accumulano; nel 2010 non avevamo i mezzi tecnologici, né le conoscenze di base per capire la malattia di Bea”. Proprio la Dott.ssa Giorgio nel 2015 aveva scoperto un meccanismo simile a quello che causa la malattia di Bea (chiamato in gergo tecnico “adozione di un enhancer”) come causa di una rara forma di malattia neurodegenerativa, l’ADLD, adesso uno dei filoni di ricerca del suo laboratorio a Pavia.

La definizione del meccanismo biologico alla base del quadro clinico ha permesso di dare alla famiglia della bambina una risposta attesa da molti anni, una risposta che permette, come in tutte le malattie rare, di porre fine all’odissea diagnostica, complessa e dolorosa che caratterizza queste patologie.

LE PROSPETTIVE

Studiando le malattie rare come quella di Bea, gli scienziati possono trovare percorsi e meccanismi che potrebbero essere coinvolti anche in malattie più comuni. Lo studio identifica un gene ARHGAP36 come implicato nella formazione ossea, un’informazione del tutto sconosciuta fino ad ora. Studiando questo gene e la sua funzione è possibile che capiremo meglio le malattie ossee nella popolazione generale. Al momento è troppo presto per pensare ad un utilizzo pratico della ricerca fatta, ma i ricercatori coinvolti sono entusiasti di aver contribuito a risolvere uno dei casi più difficili di malattia genetica rara conosciuta, quello della piccola Bea.

Nature Communications, Nat Commun. 2023 Apr 11;14(1):2034. doi: 10.1038/s41467-023-37585-8. PMID: 37041138

Enhancer hijacking at the ARHGAP36 locus is associated with connective tissue to bone transformation.

Melo US, Jatzlau J, Prada-Medina CA, Flex E, Hartmann S, Ali S, Schöpflin R , Bernardini L, Ciolfi A, Moeinzadeh M-H, Klever M-K, Altay A, Vallecillo-Garcia P, Carpentieri G, Delledonne M, Ort M-J, Schwestka M, Ferrero GB, Tartaglia M, Brusco A, Gossen M, Strunk D, Geißler S, Mundlos S, Stricker S, Knaus P, Giorgio E, Spielmann M. – https://www.nature.com/articles/s41467-023-37585-8

Testo dall’Ufficio Stampa Area Relazioni Esterne e con i Media Università degli Studi di Torino

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Medicina

Nuova correlazione tra RNA circolari e rabdomiosarcoma

By ScientifiCult 26 Aprile 2023

Dall’RNA nuovi possibili trattamenti per i tumori: con la scoperta di una nuova correlazione tra le molecole di RNA circolari e il tumore pediatrico rabdomiosarcoma, saranno possibili nuovi innovativi approcci terapeutici; lo studio pubblicato su Nature Communications.

Scoperta una nuova correlazione tra le molecole di RNA circolari e il tumore pediatrico rabdomiosarcoma. I risultati di questa ricerca aprono una nuova strada nell’identificazione di innovativi approcci terapeutici contro questa forma di cancro.

ospedale RNA circolari e rabdomiosarcoma — Foto di djedj

Un gruppo di ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia – IIT e della Sapienza Università di Roma guidato da Irene Bozzoni, coordinatrice del laboratorio Non coding RNAs in Physiology and Pathology, ha scoperto una nuova correlazione tra le molecole di RNA circolari e il tumore pediatrico rabdomiosarcoma. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications, rappresentano un importante contributo per lo sviluppo di innovativi approcci terapeutici.

L’RNA rappresenta, insieme al DNA e alle proteine, uno dei principali componenti di cui la cellula dispone per rispondere in maniera efficace ai continui stimoli a cui è sottoposta. L’RNA ha recentemente acquisito una popolarità anche nel pubblico di non addetti ai lavori in quanto ha rappresentato la tecnologia adottata per il vaccino per il Covid-19, strumento indispensabile nella prevenzione dei contagi dovuti all’ormai noto virus SARS-CoV-2.

Esistono classi di RNA diversi per struttura e funzione. Tra queste, c’è quella degli RNA circolari (circRNA), così chiamati in quanto presentano una struttura chiusa, ad anello, che fornisce alcuni vantaggi, primo fra tutti una elevata stabilità rispetto agli RNA lineari.

Questi rappresentano una classe da poco riscoperta in quanto, fino a circa dieci anni fa, il loro studio era fortemente limitato dall’assenza di tecniche appropriate per la loro identificazione in campioni biologici.

I circRNA svolgono molteplici funzioni all’interno della cellula e per questo sono coinvolti in processi fisiologici fondamentali ma anche nello sviluppo di diverse patologie, tra cui il cancro.

Il gruppo di ricercatori e ricercatrici della Sapienza e dell’Istituto Italiano di Tecnologia ha studiato il ruolo degli RNA circolari nel rabdomiosarcoma, un tumore pediatrico ad alta diffusione, classificato tra i cosiddetti sarcomi dei tessuti molli che origina da cellule staminali da cui derivano numerosi tessuti, tra cui il muscolo scheletrico. Per questo motivo, tale tumore può presentarsi in tutte le sedi in cui sono presenti i muscoli.

Gli autori dello studio pubblicato su Nature Communications hanno caratterizzato l’espressione degli RNA circolari in questo tumore, scoprendo che alcuni di questi mostrano livelli più alti rispetto al contesto sano.

Cercando i meccanismi alla base di questo effetto, gli autori hanno scoperto che il responsabile sarebbe un gruppo di proteine che operano la deposizione e la lettura dell’N6-metiladenosina (m⁶A) sull’RNA. Tali proteine presentano livelli decisamente alti sia in biopsie che in linee di rabdomiosarcoma. Inoltre, lo studio ha dimostrato che l’aumento di m⁶A promuove la proliferazione e l’attività metastatica delle cellule tumorali di rabdomiosarcoma. Questo effetto potrebbe essere in parte riconducibile alle molecole di RNA circolare direttamente regolate da tale modifica.

Nel processo sarebbe coinvolta anche l’elicasi DDX5, una proteina nota per i molteplici ruoli nel metabolismo dell’RNA. DDX5 è in grado di stimolare la produzione di un gruppo di circRNA e interagisce con YTHDC1, una proteina che lega gli RNA che contengono m⁶A e che è stata precedentemente descritta dallo stesso gruppo di Sapienza come promotore della produzione di una classe di RNA circolari.

I risultati di questo studio, finanziato dalla Fondazione AIRC, rappresentano un prezioso contributo per la comprensione dei meccanismi molecolari alla base di questo tumore e per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici laddove le strategie tradizionali hanno fallito.

Riferimenti:

The m6A reader YTHDC1 and the RNA helicase DDX5 control the production of rhabdomyosarcoma-enriched circRNAs – Dario Dattilo, Gaia Di Timoteo, Adriano Setti, Andrea Giuliani, Giovanna Peruzzi, Manuel Beltran Nebot, Alvaro Centrón-Broco, Davide Mariani, Chiara Mozzetta and Irene Bozzoni –

Nature Communications 2023. doi: 10.1038/s41467-023-37578-7

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37578-7

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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