Instabilità del genoma nel cancro. Coordinatore: Capranico

Fig 1: Rappresentazione di una struttura G-quadruplex, R-loop e G-loop.

Temi di ricerca

Il mantenimento dell'integrità del genoma è un processo complesso regolato da una pletora di proteine e acidi nucleici. Da anni è chiaro come le strutture secondarie non canoniche del DNA siano fondamentali nella regolazione di numerosi processi come l'espressione genica, la ricombinazione e la stabilità genomica. Nel nostro laboratorio, abbiamo concentrato il nostro studio su R-loop e G-quadruplex (G4). L'R-loop è un ibrido RNA:DNA formato dall'RNA nascente durante la trascrizione in cui il filamento di DNA non templato rimane nello stato di filamento singolo. Diversamente i G-quadruplex sono strutture a quattro filamenti formate dall'impilamento di quattro guanine disposte in una conformazione planare denominata G-tetrade (vedi Figura 1). Gli R-loop e i G4 sono strutture fisiologiche del genoma dei mammiferi, in particolare nelle regioni regolatrici del genoma evidenziando la loro funzione nel guidare la trascrizione e la replicazione del DNA. Inoltre, il nostro laboratorio ha chiarito il ruolo fondamentale del crosstalk di queste due strutture nell’innescare l’instabilità genomica. In particolare abbiamo osservato che la stabilizzazione del G-loop determina la formazione di micronuclei.

Fig.2: Molecole in grado di riconoscere le strutture G-quadruplex (ligandi G4) causano instabilità genomica dipendente dalla formazione di R-loop e responsabile del danno a doppio filamento (DSBs) al DNA. Tale danno al DNA è la causa dell’accumulo di micronuclei nel citoplasma che innescano l’attivazione della pathway cGAS/STING/IRF3 nelle cellule tumorali. Il riconoscimento di cGAS del DNA contenuto nei micronuclei è in grado di attivare STING che a sua volta porta alla fosforilazione di IRF3. La forma fosforilata di IRF3 agisce come fattore di trascrizione e promuove l’espressione di interferone B (IFNB) promuovendo pertanto una risposta immunitaria innata nelle cellule tumorali.

I micronuclei sono un chiaro segno di instabilità genomica e sono responsabili dell'attivazione di una risposta immunitaria innata nelle cellule tumorali attraverso l'attivazione del cGAS/STING pathway. Abbiamo pubblicato che sia la stabilizzazione della struttura G-quadruplex che quella degli R-loop risultano in una risposta immunitaria innata mediata dalla via di segnalazione cGAS-STING-IRF3 in diverse linee cellulari tumorali. Inoltre, uno studio recente chiarisce il meccanismo molecolare del danno al DNA promosso dai veleni TOP I responsabili della formazione di micronuclei.

In sintesi, il nostro obiettivo di ricerca è stabilire meccanismi molecolari ed epigenetici dipendenti da strutture di DNA non-B di regolazione della trascrizione e instabilità del genoma. Poiché diversi enzimi e altri fattori riconoscono queste strutture e ne regolano la stabilità e il ripiegamento, le mutazioni di questi enzimi possono influenzare la progressione della malattia e l’intervento terapeutico. Pertanto, la scoperta di meccanismi di regolazione che coinvolgono gli R-loop e i G4 può rivelare opportunità inaspettate per sviluppare strategie per la medicina personalizzata in oncologia, disturbi immunologici e malattie neurodegenerative.

Le attività di ricerca sono sostenute da fondi dell’Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro (AIRC), Ministero (PRIN), Unione Europea (PNRR), Fondazione del Monte e Fondazione CARISBO.

Per ulteriori informazioni, visita il sito del nostro gruppo.

Membri del Laboratorio

Giovanni Capranico, Professore ordinario 

Jessica Marinello, Professoressa Associata

Giulia Miglietta, RTD-a

Marco Russo, Assegnista di Ricerca (Post-doc)

Simona Pepe, Assegnista di Ricerca(Post-doc)

Reneè C. Duardo, Assegnista di Ricerca (Post-doc)

Sara Morelli, Dottoranda

Monica Procacci, Dottoranda

Federico Guerra, Dottorando

Kostiantyn Romaniuk, Studente

Gabriele Fanucchi, Studente

Posizioni disponibili e progetti di internato

Per studenti interessati a conoscere i progetti di ricerca per tirocini per la preparazione di tesi magistrale, contattare direttamente Prof. Giovanni Capranico o la Prof.ssa Jessica Marinello

Pubblicazioni

• Miglietta, G., Marinello, J., Russo, M., & Capranico, G. (2022). Ligands stimulating antitumour immunity as the next G-quadruplex challenge. Molecular Cancer, 21(1), 180. https://doi.org/10.1186/s12943-022-01649-y
• Marinello, J., Arleo, A., Russo, M., Delcuratolo, M., Ciccarelli, F., Pommier, Y., & Capranico, G. (2022). Topoisomerase I poison-triggered immune gene activation is markedly reduced in human small-cell lung cancers by impairment of the cGAS/STING pathway. British Journal of Cancer, 1–12. https://doi.org/10.1038/s41416-022-01894-4
• Miglietta, G. Russo, M., Duardo, R.C., Capranico, G., 2021. G-quadruplex binders as cytostatic modulators of innate immune genes in cancer cells. Nucleic Acids Research, 49, pp. 6673–86 https://doi.org/10.1093/nar/gkab500
• De Magis, A., Manzo, S.G., Russo, M., Marinello, J., Morigi, R., Sordet, O. and Capranico, G., 2019. DNA damage and genome instability by G-quadruplex ligands are mediated by R loops in human cancer cells. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(3), pp.816-825 https://doi.org/10.1073/pnas.1810409116
• Manzo, S.G., Hartono, S.R., Sanz, L.A., Marinello, J., De Biasi, S., Cossarizza, A., Capranico, G. and Chedin, F., 2018. DNA Topoisomerase I differentially modulates R-loops across the human genome. Genome biology, 19(1), pp.1-18 https://doi.org/10.1186/s13059-018-1478-1