Biologia Molecolare e Genomica dei Procarioti. Coordinatore: Scarlato

Il gruppo di ricerca studia la regolazione dell'espressione genica in Helicobacter pylori, l'agente patogeno umano responsabile di diverse malattie gastriche. L'obiettivo principale è quello di comprendere i meccanismi molecolari per il controllo della trascrizione dei geni della virulenza in risposta a cambiamenti ambientali

Ambiti: Genomica

Helicobacter pylori è un importante patogeno che infetta l’uomo ed è stato riconosciuto dalla Organizzazione Mondiale della Sanità come cancerogeno di classe I.

La capacità di questo batterio Gram-negativo di colonizzare l’ostile nicchia dello stomaco e di stabilire un’infezione persistente dipende dall'espressione coordinata di fattori di virulenza che consentono al patogeno di adattarsi alle avverse condizioni ambientali e di contrastare i meccanismi di difesa dell’ospite.

La ricerca svolta dal nostro gruppo si avvale di metodologie biochimiche, genetiche e di biologia molecolare per studiare i meccanismi molecolari adottati da due repressori trascrizionali coinvolti nella risposta heat-shock, HrcA e HspR, di un regolatore di risposta essenziale per la vitalità del batterio chiamato HP1043, coinvolto nella regolazione di cruciali processi cellulari, e di un piccolo RNA di regolazione coinvolto nella motilità batterica, chiamato CncR1.

Temi di ricerca del gruppo

Controllo Trascrizionale in Risposta a Heat-shock:

La risposta heat-shock nel patogeno umano H. pylori è governata da due repressori trascrizionali, HrcA e HspR. Questi regolatori, in condizioni di crescita normali mantengono la repressione dei principali geni heat-shock e in seguito a shock termico permettono un rapido e transitorio accumulo dei trascritti regolati. Il nostro gruppo studia i meccanismi molecolari esercitati da ciascun regolatore e le loro interazioni per controllare la trascrizione dei geni in risposta a fluttuazioni di temperatura.

Controllo Trascrizionale del Regolatore Essenziale HP1043:

Il regolatore trascrizionale HP1043 è codificato da un gene essenziale per la vitalità del batterio. L’impossibilità di generare un mutante di delezione per il gene hp1043 o di modulare i livelli proteici del regolatore in vivo ha fino ad ora impedito la comprensione della sua funzione. Attraverso saggi di immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) abbiamo identificato a livello genomico 37 promotori legati in vivo da HP1043 e determinato in vitro le sequenze consenso di legame. Studiamo i meccanismi molecolari di attivazione della trascrizione in vitro identificando i determinanti di specificità del legame al DNA e gli effetti sulla sua capacità di attivare la trascrizione. In parallelo sono condotti studi di docking proteina-DNA e di dinamica molecolare in silico per lo screening virtuale di librerie di molecole e l’identificazione di composti capaci di legare e interferire con l’attività della proteina HP1043 e di conseguenza con la vitalità di H. pylori.

Definizione del ruolo regolativo di HP1043 e identificazione dell’interattoma di CncR1:

Per delucidare il ruolo regolatorio di HP1043 e il suo coinvolgimento nella patogenesi attraverso il controllo del piccolo RNA regolatore CncR1, costruiremo un mutante condizionale hp1043. L'utilizzo di questo mutante ci permetterà di definire l'intero trascrittoma e attraverso l'implementazione di un approccio di genomica funzionale recentemente sviluppato chiamato MAPS (purificazione dell'affinità MS2 accoppiata con il sequenziamento dell'RNA), definiremo l'interattoma di CncR1.

Membri del Laboratorio

Prof. Vincenzo Scarlato, PI (website), coordinatore della Commissione RAC

Prof. Davide Roncarati, Associate professor (website)

Federico D'Agostino, Dottorando

Luigia Cappelli, Dottoranda

Paolo Cinelli, Dottorando

Federico Antoniciello, Dottorando

Progetti di internato

Pubblicazioni significative

Zannoni A, Pelliciari S, Musiani F, Chiappori F, Roncarati D, Scarlato V. (2021) "Definition of the Binding Architecture to a Target Promoter of HP1043, the Essential Master Regulator of Helicobacter pylori”. Int J Mol Sci. 22(15):7848. doi: 10.3390/ijms22157848. https://www.mdpi.com/1422-0067/22/15/7848

Roncarati D, Pinatel E, Fiore E, Peano C, Loibman S, Scarlato V. (2019) "Helicobacter pylori Stress-Response: Definition of the HrcA Regulon”. Microorganisms. 7(10):436. doi: 10.3390/microorganisms7100436. https://www.mdpi.com/2076-2607/7/10/436

Pepe S, Pinatel E, Fiore E, Puccio S, Peano C, Brignoli T, Vannini A, Danielli A, Scarlato V, Roncarati D. (2018) “The Helicobacter pylori Heat-Shock Repressor HspR: Definition of Its Direct Regulon and Characterization of the Cooperative DNA-Binding Mechanism on Its Own Promoter”. Front Microbiol. 14;9:1887. doi: 10.3389/fmicb.2018.01887. eCollection 2018. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2018.01887/full

Pelliciari S, Pinatel E, Vannini A, Peano C, Puccio S, De Bellis G, Danielli A, Scarlato V, Roncarati D. (2017). “Insight into the essential role of the Helicobacter pylori HP1043 orphan response regulator: genome-wide identification and characterization of the DNA-binding sites.” Sci Rep. 7:41063. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28112213

Roncarati D, Scarlato V. (2017). “Regulation of heat-shock genes in bacteria: from signal sensing to gene expression output.” FEMS Microbiol Rev. 41(4):549-574. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28402413

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